COALIA – Audrey Diouf-Lewis, Kristina Bourgault, Thomas Boluda, Pascal Lamontagne, Éric Leclair
Partenaire financier : Ministère de l’Enseignement supérieur
Années de réalisation : 2024-2025 (22 mois)
Mots-clés : Plastique – Nylon – Recyclage – Économie circulaire – Développement durable.
Matériau incontournable des applications techniques, le nylon combine résistance mécanique, stabilité thermique et durabilité. Pourtant, lorsqu’il devient un résidu post-industriel ou un produit en fin de vie, sa revalorisation demeure un défi technique majeur. Sensibilité à l’humidité, températures de transformation élevées, diversité des grades et additifs : le recyclage des polyamides exige une compréhension fine de la matière et une maîtrise rigoureuse des procédés.
C’est dans cette optique que COALIA a initié un projet dédié au recyclage thermomécanique du nylon issu à la fois de résidus post-industriels — soit des rebuts générés lors des opérations de fabrication et n’ayant jamais été mis en marché ni utilisés par un consommateur — et de matières provenant du secteur des pêches. L’approche retenue repose sur une méthodologie scientifique complète intégrant la qualification des flux, la caractérisation physicochimique, la mise en forme par extrusion et moulage par injection, ainsi que le développement de formulations adaptées.
Au-delà de la dimension expérimentale, cette initiative s’inscrit dans une volonté claire de structurer les connaissances techniques nécessaires à l’implantation de pratiques de recyclage robustes dans le secteur des plastiques d’ingénierie. Par cette initiative, COALIA positionne le recyclage des polyamides comme un levier stratégique de performance technologique et d’innovation au service du déploiement d’une économie circulaire québécoise axée sur la durabilité des matériaux et l’optimisation des procédés.
Transformer les rejets en ressource : analyse stratégique des gisements de nylon
Les travaux ont débuté par la collecte et la qualification de gisements issus de partenaires industriels, notamment Perreault Plastix et MBI Plastique, ainsi que par la récupération de filets de pêche en collaboration avec le centre collégial de transfert de technologies (CCTT), Mérinov.
Les matières collectées comprenaient différents grades de polyamide (PA) :
– PA6 BKV15 (vierge et post-industriel, 15 % fibres de verre)
– PA6 B30S (vierge et post-industriel)
– Vydyne 21SPF (PA 6 post-industriel)
– Filets de pêche en fin de vie (≈ 13 kg) et filet neuf de référence
L’analyse terrain a permis de documenter les flux de résidus, les volumes générés et les pratiques actuelles de disposition. Les rebuts post-industriels présentaient une propreté visuelle adéquate et une homogénéité favorable au recyclage mécanique. À l’inverse, les filets post-consommation affichaient des signes clairs de dégradation environnementale (UV, intempéries), avec présence de débris et variation d’apparence.
Cette phase a permis de confirmer que les gisements post-industriels constituent une base robuste pour des boucles internes de recyclage, tandis que les gisements marins nécessitent une approche plus prudente en raison des mécanismes de vieillissement subis.
Caractérisation avancée des gisements : signature thermique, structurale et mécanique
Un protocole analytique complet a été déployé afin de caractériser les gisements avant et après recyclage:
– Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
– Analyse thermogravimétrique (TGA)
– Spectroscopie infrarouge (FTIR)
– Essais mécaniques (traction, flexion, impact Izod)
– Indice de fluidité (MFI)
Identification des polymères
Les analyses FTIR ont confirmé la nature polyamide de l’ensemble des échantillons. La DSC a permis de distinguer les familles :
– PA6 : Températures de fusion (Tf) mesurées entre 219 °C et 222 °C (cohérent avec 220 ± 5 °C)
– PA6-6 (Vydyne) : Tf ≈ 264 °C (cohérent avec 260 ± 5 °C)
La TGA a confirmé la présence de 15 % de fibres de verre dans le grade BKV15H3.0.
Effet du vieillissement et du recyclage
Les températures de dégradation des matières post-industrielles ne diffèrent pas significativement des matières vierges (< 2 °C), ce qui indique une stabilité thermique conservée. En revanche, les filets usagés présentent un écart supérieur à 5 °C, révélateur d’une dégradation structurelle associée à leur durée de service.
Sur le plan mécanique :
– Une augmentation systématique du module de flexion (~5 %) est observée pour les matières post-industrielles comparativement aux vierges, suggérant une rigidification liée à une certaine dégradation ou réorganisation structurale.
– Les filets usagés montrent une augmentation de 20 % de la contrainte au seuil, mais une chute drastique de l’élongation à la rupture (–75 %), traduisant une fragilisation significative.
– Les essais d’impact Izod indiquent une perte d’environ 20 % pour les matières usagées et pour le BKV15 post-industriel.
– L’indice de fluidité des filets usagés diminue de 50 %, ce qui suggère une augmentation de la masse molaire apparente ou un phénomène de réticulation partielle.
– Le BKV15 post-industriel montre une augmentation de MFI de 35 %, indiquant au contraire une probable coupure de chaînes.
Ces résultats démontrent que le recyclage thermomécanique est viable pour les gisements post-industriels, mais que les gisements post-consommation exposés aux UV présentent des altérations structurales plus complexes.
Maîtrise du dégazage : clé de performance des formulations recyclées
Une première série de huit formulations a été développée. Plusieurs recettes ont présenté, lors de l’extrusion, un dégagement gazeux conduisant à des filaments poreux et à une difficulté majeure de séchage des granules. L’injection devenait instable et les temps de cycle doublaient.
L’installation d’un port de dégazage sur l’extrudeuse a permis d’éliminer ces défauts (essais avec deux formulations). La stabilité d’extrusion a été rétablie et les propriétés mécaniques, notamment en impact Izod, ont montré une amélioration de 25 à 30 %.
Ce résultat met en évidence l’importance critique du dégazage dans le traitement des polyamides recyclés, particulièrement en présence d’humidité résiduelle ou de produits de dégradation.
En conclusion, ce projet confirme la faisabilité et la performance du recyclage thermomécanique du PA6 post-industriel, à condition de maîtriser rigoureusement les paramètres critiques, notamment le dégazage en extrusion. L’identification du port de dégazage comme élément déterminant dans la stabilisation du procédé constitue un apport structurant pour l’optimisation des lignes existantes et l’orientation d’investissements futurs.
Les propriétés mécaniques obtenues démontrent la possibilité d’intégrer une proportion significative de matières post-industrielles sans compromis fonctionnel majeur. Cette substitution partielle de matière vierge représente un levier concret de réduction des coûts et de sécurisation des approvisionnements, renforçant ainsi la compétitivité des transformateurs.
À l’échelle québécoise, cette démonstration soutient l’implantation de boucles fermées en plastiques d’ingénierie. Elle constitue également une base technique pour le développement d’une chaîne de valeur intégrée du polyamide recyclé. Les travaux ont également permis de documenter les limites associées aux gisements post-consommation exposés au vieillissement environnemental, pour lesquels des stratégies de stabilisation adaptées seront nécessaires.
Enfin, le transfert des connaissances vers le Cégep de Thetford contribue à former une relève qualifiée pour soutenir l’essor d’une économie circulaire des plastiques techniques au Québec. Dans son ensemble, le projet positionne le recyclage du nylon comme une opportunité technologique et industrielle structurante.