Une expertise unique au service de la sécurité routière
Depuis 1996, COALIA s’est imposé comme une référence incontournable dans l’évaluation de la résistance au polissage des granulats, un paramètre essentiel pour garantir la durabilité et la sécurité des chaussées au Québec. Grâce à une méthodologie rigoureuse et à des équipements spécialisés, le Centre collégial de transfert de technologies (CCTT) réalise chaque année une centaine d’essais, fournissant ainsi aux exploitants de carrières et aux entreprises de construction des données fiables pour assurer la qualité des matériaux utilisés dans les infrastructures routières.
Un enjeu clé : mesurer l’adhérence des granulats
L’adhérence des chaussées est un facteur déterminant pour la sécurité des usagers, en particulier sur les autoroutes où les normes sont strictes. Pour répondre à cette exigence, COALIA met en œuvre la méthode du Coefficient de Polissage par Projection (CPP), qui évalue la résistance des granulats au polissage sous l’effet du trafic routier. Cette méthode repose sur l’utilisation d’un pendule de frottement, conforme à la norme NF EN 13036-4, et sur un polissage par projection d’oxyde d’aluminium et d’eau à haute pression.
Une expertise reconnue et un processus éprouvé
COALIA est le seul organisme au Québec à offrir ce service spécialisé, assurant ainsi une expertise locale et un suivi rigoureux des matériaux utilisés pour les chaussées. Les tests sont réalisés selon les exigences du Ministère des Transports, garantissant une conformité aux normes en vigueur.
Chaque essai suit un protocole strict : trois plaquettes sont préparées pour chaque client, et leur rugosité finale est mesurée après polissage. Un échantillon témoin permet de garantir la fiabilité et la reproductibilité des résultats. Ce processus minutieux assure aux clients de COALIA des analyses précises et fiables.
Un impact concret sur l’industrie des infrastructures routières
Grâce à son expertise et à son engagement envers l’amélioration continue, COALIA joue un rôle clé dans l’optimisation des infrastructures routières québécoises. Les résultats obtenus permettent aux entreprises de construction et aux exploitants de carrières de sélectionner les matériaux les plus performants, contribuant ainsi à la sécurité et à la longévité des routes.
L’histoire de COALIA illustre parfaitement comment une expertise technique pointue, alliée à un engagement constant envers la qualité, peut répondre aux défis des infrastructures modernes et assurer la sécurité des usagers pour les années à venir.
COALIA étend son offre de services avec l’acquisition d’un spectromètre ED-XRF financé par le CRSNG
Spécialisé en plasturgie et technologies minérales, COALIA est fréquemment sollicité pour réaliser des analyses élémentaires sur une grande variété d’échantillons pour une multitude de projets : minéraux critiques et stratégiques, hydrométallurgie, nanoparticules, matériaux avancés, etc. Ces analyses sont essentielles tant dans le cadre de projets de recherche appliquée que pour des mandats d’aide technique auprès des entreprises.
Jusqu’à présent, COALIA disposait de plusieurs instruments performants, dont un spectromètre d’émission optique à plasma d’argon induit par haute fréquence (ICP-OES), un spectromètre de fluorescence des rayons X à dispersion en longueur d’onde (WD-XRF) et un analyseur élémentaire (LECO). Toutefois, ces technologies présentaient certaines limites pour des analyses spécifiques, notamment la détection des traces d’éléments toxiques dans les polymères, ou encore l’analyse élémentaire d’huiles, de filtres, de films polymères et de liquides inconnus. Ces contraintes représentaient un frein à certaines applications.
Grâce à un financement OIRA du CRSNG, COALIA a pu acquérir un spectromètre de fluorescence des rayons X à dispersion d’énergie (ED-XRF), un équipement de pointe qui vient élargir son offre de services.
Doté d’une grande polyvalence, l’ED-XRF permet, de manière non destructive et avec un minimum de manipulation, de quantifier tous les éléments du tableau périodique du fluor (F) à l’américium (Am), avec des concentrations allant de l’ordre du ppm jusqu’à des concentrations élevées en pourcentages massiques.
L’intégration de cet équipement ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche et l’innovation, notamment dans les domaines suivants : ✅ Valorisation des déchets électroniques ✅ Recyclage des plastiques et des batteries ✅ Quantification des éléments toxiques dans les polymères, huiles et films ✅ Caractérisation des minéraux critiques et stratégiques (MCS) ✅ Analyse des éléments des terres rares et des résidus miniers amiantés (RMA)
En plus d’élargir l’expertise de COALIA, ce nouvel équipement constitue également une opportunité de formation pour la relève, en offrant aux étudiants et jeunes chercheurs l’accès à des techniques d’analyse de pointe.
Avec ce nouvel investissement, COALIA confirme son engagement à accompagner les industries dans leurs défis technologiques et à soutenir l’innovation en matériaux avancés.
Un pas de plus vers le recyclage des pellicules de plastique
En 2018, la Chine mettait en place une politique environnementale sévère, fermant ainsi ses frontières à l’occident pour l’importation des déchets plastiques. Dos au mur, le Canada se retrouvait alors avec des tonnes de déchets à gérer. Qu’en faire ? Les enfouir ? Pas très écologique sachant d’autant plus que le Canada vise d’ici 2030 à établir une politique Zéro déchet de plastique. Tout comme à l’image des bouteilles d’eau, le recyclage pourrait être une alternative étendue à plus large échelle. Mais, pas si simple pour les pellicules de plastiques qui se différencient par leur composition et qui s’accumulent dans nos bacs de recyclage de manière non sélective ou encore aléatoirement. Dans un contexte de développement durable et d’économie circulaire, l’équipe de COALIA s’est alors penchée sur la question. Est-ce possible de recycler les pellicules de plastique et de les revaloriser pour de nouvelles applications ?
Recycler les pellicules de plastiques : des défis
Cartons, journaux, conserves, canettes… Les pellicules de plastiques se retrouvent aussi bien sur des contenants alimentaires que sur les emballages de nos biens de consommation. Et pour ajouter de la complexité, les détritus présents dans les bacs de recyclage sont propres à chaque utilisateur et bien entendu ces derniers peuvent être contaminés. De là, le recyclage de ces pellicules de plastiques présente diverses incertitudes, à savoir :
● Quelle est la composition des pellicules de plastiques que nous retrouvons dans nos bacs de recyclage ?
● Est-ce possible d’isoler ou de revaloriser ces polymères ?
● Quel est le degré de souillure des pellicules ? Est-ce possible de les décontaminer ?
● Est-ce possible de transposer le procédé utilisé pour le recyclage des bouteilles de plastiques aux pellicules sachant que de par ses caractéristiques physiques (souplesse, faible épaisseur, etc.) ces films sont susceptibles de rester bloquer dans les équipements de triage ?
● Si nous parvenons à recycler ces pellicules, quelles seront leurs propriétés physiques et mécaniques ? En d’autres termes, ont-elles une application potentielle ?
Vers une approche mécanique pour recycler les pellicules de plastiques
Première étape : se fournir en matières premières. Autant dire que ce n’est pas ça qui manque ! La région dans laquelle se trouve COALIA, Chaudière-Appalaches, générait à elle seule 2000 tonnes de déchets de pellicules de plastiques en 2021. Imaginez cela à l’échelle du Québec ! Ainsi, Récupération Frontenac inc., nous a généreusement fourni en pellicules de plastiques provenant de bacs de recyclage. Et nous avons même été plus loin en étendant notre étude au recyclage des pellicules agricoles avec Agrirécup, fournisseur de matières premières.
Afin de caractériser les plastiques présents dans nos bacs de recyclage et dans le domaine agricole et de valider la possibilité de les réutiliser pour de nouvelles applications, nous avons opté pour un procédé de recyclage mécanique. Plus explicitement, la seconde étape de notre étude a porté sur la transposition du processus de recyclage des bouteilles de plastiques aux pellicules. Les différentes étapes étaient alors :
● Centre de tri,
● Formation de ballots,
● Lavage,
● Déchiquetage,
● Densification,
● Fabrication de granules
● Analyse des applications potentielles.
Quelle est la composition et les propriétés des pellicules plastiques recyclées?
Recyclage des pellicules de plastiques
Bien que les pellicules de plastiques contiennent divers contaminants (3,5 % p/p) comme du papier, des tissus, du verre, du métal ou d’autres polymères, il est possible de les recycler ! Les analyses infrarouges ont montré, sur plus de 100 échantillons, un taux significatif de polyéthylène (87 %). À des teneurs moins importantes, nous avons détecté du polyamide (8 %), du polypropylène (2 %) ainsi que des résidus de divers plastiques (3 %). Par ailleurs, les analyse physiques, thermiques et mécaniques des granules recyclés ont révélé que malgré le processus de transformation leurs propriétés physiques demeuraient inchangées.
Recyclage des pellicules agricoles
Les pellicules agricoles contiennent divers contaminants comme la paille, le foin, la boue et même des résidus de bouses (20 % p/p). Bien qu’elles se transforment bien en granules et qu’elles ont de bonnes propriétés, les analyses des ballots révèlent la présence de deux polymères à teneur plus ou moins similaires, soit le polyéthylène (55 %) et l’éthylène acétate de vinyle (45 %).
Le recyclage des pellicules agricoles
Des applications potentielles
Pellicules de plastiques
Suite à la préparation des granules recyclés, des essais ont été réalisés pour les réutiliser en pellicules de plastiques. Du fait de la présence de contaminants, une telle application n’est guère envisageable; le film ne répondant pas aux requis fonctionnels initiaux. Toutefois, pour des applications comme des tubulures d’irrigation, cette avenue s’avère pertinente. D’ailleurs, le créneau acéricole avec le projet Irri-Blière a démontré son intérêt. Une telle approche est également envisagée avec les granules de pellicules agricoles.
Le recyclage des pellicules de plastiques : un avenir prometteur
En résumé, les pellicules de plastiques sont recyclables et conservent de bonnes propriétés. Toutefois, la présence de contaminants demeure un obstacle pour leur utilisation dépendamment du type d’application. Mais, il est certain que des avenues semblent prometteuses comme leur intégration dans des tubulures ou tout matériel agricole. L’équipe de COALIA continuent d’explorer ces pistes et est preneuse de suggestions ! Qui plus est, pour répondre aux défis d’approvisionnement ou encore aux besoins des industriels, nous avons mis de l’avant la possibilité de mélanger les pellicules provenant de nos bacs de recyclage à celle du secteur agricole.
Effet du traitement thermique in situ sur les pièces en ABS produites par FDM
La fabrication additive est un procédé largement utilisé dans les industries automobile (pièces intérieures, enjoliveurs de roues, composants de tableau de bord), aérospatiale ou encore médicale (tubes trachéaux, valves pour ventilateurs, masques médicaux). En effet, comparativement aux technologies de fabrication conventionnelle, l’impression 3D permet de concevoir des pièces se démarquant par leur complexité géométrique tout en conciliant productivité, aspects économique et environnemental.
Pour, entre autres, des raisons de coût, la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est la technologie de fabrication additive la plus sollicitée dans le secteur manufacturier. Et, de par ses propriétés mécaniques (résistance, durabilité) et implicitement le potentiel d’applications, l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est le polymère le plus utilisé.
Fabriquer des pièces en ABS par FDM : des défis ?
Le procédé FDM consiste à chauffer et extruder dans un état semi-liquide des filaments thermoplastiques. Lors du processus d’extrusion, des couches sont déposées et fusionnées les unes sur les autres pour former les pièces. Toutefois, l’ABS, du fait de sa température de traitement élevée et de son coefficient de dilatation thermique, est sujet à la déformation. Les pièces imprimées présentent alors des propriétés anisotropes. De plus, la faible adhésion inter-couches ainsi qu’une porosité élevée peuvent affecter aussi bien les propriétés mécaniques, fonctionnelles et esthétiques des pièces.
Une alternative pour améliorer les propriétés des pièces en ABS imprimées par FDM
Il est certain qu’un traitement thermique des pièces réalisé après l’impression permettrait d’améliorer leur propriété mécanique. Cependant, un tel post-traitement peut également affecter les tolérances dimensionnelles et générer des déformations. Cette étude vise donc à analyser l’impact du traitement thermique réalisé au cours du processus d’impression FDM (in situ) sur les déformations, l’adhésion inter-couches, la porosité et les propriétés mécaniques des pièces.
Développement de technologie, analyses approfondies et une équipe d’experts pour l’avancement de la science
L’équipe de COALIA a récemment développé un procédé de Fabrication par Dépôt de Filament Fondu avec Rayonnement (FFF-R) (1, 2). Ce dernier se compose d’un système de chauffage radiant annulaire monté sur le bloc chauffant d’une imprimante FFF standard. Cette approche permet alors de chauffer aussi bien le polymère avant son extrusion que la couche de déposition, et ce pour assurer l’adhésion entre les différentes couches de matériel et réduire les taux d’anisotropie et la porosité.
Ainsi, pour évaluer l’impact du traitement thermique in situ sur les pièces en ABS produites par FDM, des éprouvettes ont été imprimées à différentes températures et pour des vitesses d’impression variables.
Les propriétés microstructurales, physiques et mécaniques des échantillons ont par la suite été analysées par microtomographie aux rayons X (µ-CT), microscopie à force atomique (AFM), profilométrie optique, analyse mécanique dynamique (DMA) ainsi que des essais de traction.
À des fins de compréhension, ces mêmes analyses ont également été effectuées sur des échantillons en ABS imprimés par FDM mais n’ayant pas subi de traitement thermique.
Une étude couronnée de succès
La technologie FFF-R ou encore l’application d’un traitement thermique in situ lors du processus d’impression FDM des pièces en ABS a permis d’améliorer l’adhésion intercalaire des couches de matériau comparativement à des échantillons non traités. De plus, les échantillons traités présentent une porosité inférieure (1,6 %) à celle des échantillons non traités (3 %). Enfin, la résistance à la traction, le module d’élasticité et l’allongement à la rupture des échantillons traités ont augmenté respectivement de 62 %, 6 % et 110 % par rapport à ceux non traités.
Mise en place d’une plateforme d’innovation québécoise pour les prochaines générations d’implants dentaires et maxillo-faciaux via le développement et la validation de nouveaux procédés de fabrication de matériaux avancés et surfaces fonctionnelles
Équipe : Diego Mantovani, Vanessa Houde, Carl Blais, Alexandre Bois-Brochu, Pascal Vuillaume, Lei Hu, Pascale Chevalier, étudiants au doctorat, étudiants à la maîtrise.
Les implants dentaires se composent actuellement de titane (Ti), d’alliage de Ti ou parfois de dioxyde de zirconium (ZrO2). Bien qu’ils aient révélé leur efficacité, 20 % des patients sont actuellement sujets à des complications comme des infections bactériennes et une perte de masse osseuse, une défaillance ou une fracture de l’implant ou encore une hypersensibilité aux métaux. Ces problématiques s’expliquent en partie par les propriétés du métal et plus spécifiquement de son module d’élasticité nettement supérieur à celui de l’os cortical et de l’os spongieux. Il en résulte alors une surcharge mécanique sur l’os et implicitement des lésions des tissus environnants suivi par une infiltration de bactéries. Avec un module d’élasticité plus faible, sa résistance à la dégradation mécanique et sa biocompatibilité, le poly(éther-éther-cétone) (PEEK) apparaît alors comme une alternative prometteuse. Toutefois, il demeure crucial de s’assurer que les matériaux d’implants présentent des propriétés mécaniques optimales, une stabilité physico-chimique, une non-toxicité et une non-immunogénicité. Enfin, la surface doit être chimiquement dynamique afin d’assurer des interactions favorables à l’interface avec les tissus.
L’objectif de ce projet est de développer des implants qui favoriseront la cicatrisation ainsi que la régénération osseuse dans les quatre premières semaines après l’implantation et ce, tout en limitant les infections. Compte tenu de la complexité de cette approche, seule une approche multidisciplinaire, allant de l’ingénierie à la microbiologie, de la science des matériaux à l’implantologie orale, permettra de répondre à ces besoins stratégiques en santé buccale. C’est dans ce contexte qu’université, collèges et CCTT ont uni leur force.
Cette étude, financée par le FRQNT, se divisera en plusieurs axes de recherche : 1) Modification de la surface des implants commerciaux en Ti et alliage de Ti pour des propriétés biologiques avancées et ciblées sur la partie vis et pilier; 2) développement d’une nouvelle génération d’alliages à base de Ti-Mo-Fe, 3) développement des implants du futur à base de PEEK, 4) validation biologique in vitro et développement d’un modèle 3D physiologiquement pertinent pour valider les propriétés des implants développés.
Outre le fait que ce projet interdisciplinaire permettra de renforcer les collaborations entre les partenaires et de former la relève, il placera le Québec en chef de file en termes d’avancées scientifiques et technologiques en dentisterie ; des bénéfices sont attendus pour l’économie du Québec mais également pour la santé des patients !
COALIA, le CÉPROCQ, Polytechnique Montréal, HEC Montréal : un pôle incontournable pour le recyclage des polymères
Mots-clés : Polymères – Plastiques – Revalorisation – Recyclage – Cycle de vie – Économie circulaire – Écoconception.
En 2018, la Chine mettait en place une politique environnementale sévère, fermant ainsi ses frontières à l’occident pour l’importation des déchets plastiques. Dos au mur, le Canada se retrouvait alors avec des tonnes de déchets à gérer. Bien que la solution la plus rentable économiquement consiste à enfouir ces plastiques, cela nuit à l’environnement. De plus, ce processus va à l’encontre de l’objectif 2030 établi par le Canada, soit Zéro déchet de plastique.
Le Canada ne recycle actuellement que 10 % de ses déchets plastiques. Aussi, dans un contexte de développement durable et d’économie circulaire, le Département de génie chimique de Polytechnique Montréal, le Collège de Maisonneuve (CÉPROCQ), HEC Montréal et le Cégep de Thetford (COALIA) ont mis leur expertise en commun pour développer des procédés innovants afin de revaloriser les déchets plastiques et de les recycler de manière durable. Le projet intitulé ’’Plateforme de revalorisation et de recyclage durable des polymères’’ (Platform for Polymers Upcycling and Recycling Sustainable (2PURES)) se divise en trois axes de recherche, soit : 1) le recyclage thermique des polymères, 2) la dépolymérisation et la revalorisation des plastiques et 3) l’analyse du cycle de vie.
Pour mener cette étude, les chercheur.e.s ont obtenu un financement des gouvernements fédéral et provincial afin de se doter d’équipements à la fine pointe de la technologie (broyeur. Spectromètres, etc.).
Relever le défi mondial des déchets plastiques en développant de nouveaux procédés aura d’importantes retombées pour le Canada et ce, aussi bien au niveau scientifique, environnementale, socio-économiques que sanitaire.
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