PLASMIX — Extrusion réactive assistée par plasma pour la compatibilisation des déchets plastiques mélangés

Les déchets plastiques post-consommation mélangés sont difficiles à recycler en produits à haute valeur ajoutée. Les principaux polymères d'emballage, notamment le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) et le polystyrène (PS), sont thermodynamiquement non miscibles. Leur mélange à l'état fondu conduit généralement à des morphologies grossières, des interfaces faibles et une rupture mécanique prématurée. Les compatibilisants conventionnels peuvent améliorer les propriétés, mais ils sont souvent spécifiques à une formulation, augmentent la complexité du matériau et peuvent compromettre son recyclage ultérieur. PLASMIX propose une stratégie différente : traiter les surfaces de paillettes plastiques triées ou partiellement triées par un plasma non thermique avant leur mise en œuvre à l'état fondu. Pendant l'extrusion, ces surfaces activées deviennent des interfaces internes entre les phases polymères. L'hypothèse centrale est que la composition du gaz et les paramètres du plasma peuvent être ajustés pour générer des groupes fonctionnels oxygénés ou azotés à la surface du PE, du PP ou du PS, sans dégrader leur masse molaire ni leurs propriétés volumiques. Si les paillettes sont extrudées pendant la fenêtre de vieillissement appropriée, ces fonctions pourront renforcer directement les interactions interfaciales ou réagir avec une quantité minimale d'agent de couplage. La tension interfaciale et la coalescence devraient ainsi diminuer, tandis que l'adhésion entre les phases, la stabilité morphologique et la ténacité devraient augmenter. Le projet étudiera des mélanges modèles et post-consommation PE/PS et PP/PS. Les traitements seront réalisés à pression atmosphérique par décharge à barrière diélectrique ou jet de plasma, avec de l'air ou des mélanges à base d'O₂, de N₂ ou de H₂O dans l'argon. Les relations entre paramètres du plasma, chimie, topographie, mouillabilité, énergie de surface et vieillissement seront établies par diagnostic du plasma, XPS, ATR-FTIR, mesures d'angle de contact, SEM, AFM et profilométrie. Des mélanges non traités, traités uniquement par plasma, traités par plasma avec couplage réactif et compatibilisés par une solution commerciale seront comparés lors d'une extrusion réactive bivis. La morphologie, la rhéologie, les propriétés thermiques et mécaniques ainsi que les mécanismes de rupture seront caractérisés par DSC, TGA, chromatographie d'exclusion stérique, rhéologie, DMA, microscopie, essais de traction, d'impact et de fracture. Le projet distinguera explicitement la compatibilisation pratique d'une véritable miscibilité thermodynamique. La réussite sera évaluée à partir de la chimie interfaciale, de la stabilité de la taille des domaines, du couplage rhéologique et des performances mécaniques. La tenue des propriétés après plusieurs cycles d'extrusion, la tolérance aux contaminations et aux variations de composition ainsi que les consommations d'énergie et de matière seront évaluées. Une analyse préliminaire du cycle de vie et une analyse technico-économique compareront la stratégie PLASMIX à la compatibilisation conventionnelle. Le projet aboutira à une fenêtre opératoire validée, à des règles reliant plasma, surface, interface, procédé et recyclabilité, ainsi qu'à un démonstrateur non structural destiné à des produits industriels légers. École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Direction : Aynur GULIYEVA Financement : MSCA COFUND BEST