La fibre de carbone recyclée : une économie d’énergie de 90 %

Fibre de carbone recyclée selon l’ancienne méthode (à gauche) comparée à la nouvelle méthode du Dr He (à droite). La fibre de carbone recyclée à droite est plus résistante et peut être transformée en produits plus avancés. Photo : UNSW Canberra

Les voitures ultra-légères fabriquées à partir de fibres de carbone recyclées seront peut être bientôt une réalité, grâce à une nouvelle méthode de recyclage développée par des chercheurs australiens.

Alors que la fabrication et la technologie continuent d’évoluer, les produits utilisent des matériaux de plus en plus avancés et deviennent plus sophistiqués, mais aussi plus compliqués. Cela pose un problème lorsque ces produits atteignent la fin de leur vie utile, car ils sont soit difficiles, soit coûteux à recycler, voire les deux.

Le défi du recyclage des matériaux avancés

Par exemple, alors que le monde se tourne vers les véhicules électriques, l’élimination de leurs batteries usagées, certaines fabriquées avec des matériaux hautement toxiques, sera un défi. En l’état actuel des choses, de nombreux produits avancés finissent soit en décharge, soit incinérés, ce qui est un gaspillage de ressources précieuses et nuisible pour la planète.

Un matériau qui a été difficile à recycler est la fibre de carbone. Cependant, un chercheur de l’UNSW Canberra a développé une méthode pour le recycler d’une manière qui non seulement gaspille moins de matériau, mais utilise également moins d’énergie et laisse plus de matériau intact et capable d’être transformé en produits nouveaux et plus utiles.

La fibre de carbone : un matériau précieux mais difficile à recycler

Les fibres de carbone sont de minces brins de carbone qui sont exceptionnellement forts et légers. Les fibres sont combinées avec du plastique pour créer un composite qui peut être utilisé pour construire une variété de produits. La fibre de carbone est couramment utilisée pour construire des avions, des éoliennes, et c’est le matériau principal utilisé dans les voitures de Formule 1, qui doivent être aussi légères que possible pour augmenter les performances.

Di He, chercheur à l’UNSW Canberra, avec un échantillon de fibre de carbone recyclée à l’aide d’une méthode qu’il a mise au point. Image : UNSW Canberra

Vous pourriez rencontrer la fibre de carbone dans des vélos haut de gamme ou d’autres équipements sportifs tels que les bâtons de hockey ou les raquettes de tennis. Le chercheur de l’UNSW Canberra, Di He, a déclaré que, jusqu’à présent, le recyclage de la fibre de carbone avait toujours entraîné une dégradation importante du matériau.

Une nouvelle méthode de recyclage

« Ce projet était une collaboration avec notre partenaire dans l’industrie automobile, qui souhaite étudier la construction de voitures à partir de fibres de carbone recyclées », a indiqué le Dr He. « Mais avec les méthodes précédentes de recyclage de la fibre de carbone, le matériau était fortement compromis. »

« La performance mécanique des objets fabriqués à partir des fibres recyclées existantes est dégradée de 80 à 90 %, par rapport à l’utilisation de nouvelles fibres. ».

En général, il n’est réutilisé que pour fabriquer des produits de faible valeur comme des tables ou des chaises, des produits qui ne subissent pas de forces ou de charges importantes.

« La méthode existante de recyclage implique le broyage du composite, ce qui détruit la fibre de carbone, avant de le chauffer pour enlever le plastique. Après avoir été broyées, les fibres ressemblent à des cheveux individuels ou à des brins de coton », a-t-il expliqué.

« Dans notre méthode, nous ne broyons pas la fibre de carbone et nous avons optimisé la façon dont nous la chauffons dans un four. »

Cela laisse les fibres intactes, et donc le nouveau produit fabriqué à partir de la fibre de carbone recyclée est beaucoup plus fort.

« Notre méthode dégrade la fibre de carbone de moins de 30 %, ce qui est une amélioration de 50 % par rapport aux méthodes existantes. »

En synthèse

Alors que la fibre de carbone recyclée produite à l’aide de la méthode du Dr He n’est pas encore adaptée à la construction d’une voiture, elle est nettement plus proche de cet objectif qu’auparavant. La nouvelle et améliorée fibre de carbone recyclée peut potentiellement être utilisée pour construire des parties individuelles d’une voiture, comme un toit.

Les constructeurs automobiles s’intéressent aux véhicules en fibre de carbone car le poids inférieur peut rendre les voitures plus économes en énergie, les aidant ainsi à respecter la nouvelle norme d’efficacité énergétique annoncée par le gouvernement australien plus tôt cette année. Alors que nous passons aux véhicules électriques, cela aiderait également à réduire la consommation d’électricité des véhicules, augmentant ainsi leur autonomie.

La fibre de carbone est coûteuse à fabriquer, ce qui explique l’attrait de la fibre de carbone recyclée, en plus de ses avantages environnementaux. Le recyclage de la fibre de carbone nécessite un dixième de l’énergie nécessaire pour la produire à partir de zéro.

L’un des chercheurs principaux du groupe de recherche sur la fabrication avancée de l’UNSW Canberra, le professeur associé Matthew Doolan, a indiqué qu’à mesure que le monde progressait avec les avancées en ingénierie et en technologie, il fallait penser davantage à réduire les déchets.

« Alors que nous fabriquons des produits de plus en plus avancés, nous les fabriquons également à partir de matériaux nettement plus avancés, et en conséquence, nous créons des problèmes à la fin de la vie de ce produit », a précisé encore le professeur Doolan. « La pratique standard consistant à simplement jeter ces produits, ou à les brûler, est insoutenable et ne peut pas continuer indéfiniment. « Explorer les autres options qui s’offrent à nous est l’une des questions clés que nous espérons aider à résoudre à l’UNSW Canberra. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la fibre de carbone ?

La fibre de carbone est un matériau composé de minces brins de carbone qui sont exceptionnellement forts et légers. Ces fibres sont combinées avec du plastique pour créer un composite utilisé dans la construction de divers produits, notamment les avions, les éoliennes et les voitures de Formule 1.

Pourquoi est-il difficile de recycler la fibre de carbone ?

Le recyclage de la fibre de carbone a toujours entraîné une dégradation importante du matériau. Les méthodes existantes de recyclage impliquent le broyage du composite, ce qui détruit la fibre de carbone, avant de le chauffer pour enlever le plastique.

Quelle est la nouvelle méthode de recyclage de la fibre de carbone ?

La nouvelle méthode développée par l’UNSW Canberra ne broie pas la fibre de carbone et optimise la façon dont elle est chauffée dans un four. Cela laisse les fibres intactes, et donc le nouveau produit fabriqué à partir de la fibre de carbone recyclée est beaucoup plus fort.

Quels sont les avantages de la fibre de carbone recyclée ?

La fibre de carbone recyclée est moins coûteuse à produire et plus respectueuse de l’environnement. Le recyclage de la fibre de carbone nécessite un dixième de l’énergie nécessaire pour la produire à partir de zéro.

Quels sont les défis futurs en matière de recyclage des matériaux avancés ?

Alors que nous fabriquons des produits de plus en plus avancés, nous les fabriquons également à partir de matériaux nettement plus avancés, créant ainsi des problèmes à la fin de la vie de ce produit. Il est nécessaire de penser davantage à réduire les déchets et à explorer d’autres options de recyclage.

UNSW Canberra, Dr Di He, Professeur associé Matthew Doolan, Groupe de recherche sur la fabrication avancée de l’UNSW Canberra

Dr Di He et Doolan, ainsi que leurs collaborateurs, ont récemment publié leurs résultats concernant le recyclage des fibres de carbone dans la revue Composites Part A : Applied Science and Manufacturing.

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