Fibre de carbone: le matériau miracle avec un secret sale
La fibre de carbone est de plus en plus considérée comme un matériau miracle pour l’économie propre. Sa combinaison unique de haute résistance et de faible poids a contribué à la révolution de l’énergie éolienne et à rendre les avions plus économes en carburant.
Les aubes de turbine en fibre de carbone peuvent être plus longues et plus rigides que les modèles traditionnels en fibre de verre, ce qui les rend plus résistantes en mer et plus efficaces dans des conditions moins venteuses.
Les constructeurs automobiles prennent également conscience du potentiel du matériau pour fabriquer des véhicules plus légers et plus efficaces. McLaren a récemment annoncé son intention d’ouvrir une usine à Sheffield pour fabriquer des voitures de sport en fibre de carbone, et l’i3 de BMW est équipée d’une unité de passagers en fibre de carbone – la première voiture de ce type produite en série.
Mais la fibre de carbone a un sale secret : le matériau high-tech est un gaspillage à produire et difficile à recycler.
Déchets excédentaires destinés à la mise en décharge
Pour devenir le matériau composite solide et léger que les industries adorent, la fibre de carbone est associée à une résine polymère plastique. Mais le processus de fabrication, dans lequel les feuilles de matériau composite sont souvent posées à la main, est un gaspillage.
Au moment où ils ont été taillés à la taille, près d’un tiers de ces feuilles de fibre de carbone se retrouvent sur les sols des usines, selon la société de recyclage ELG Carbon Fibre. Lorsque le matériau en fait des produits, la majeure partie finira par être mise en décharge, dit l’entreprise.
En février, un rapport (pdf) de l’organisation caritative environnementale Green Alliance a classé la fibre de carbone parmi les nombreux matériaux nouveaux qui pourraient créer des problèmes de déchets à l’avenir, à moins que des mesures rapides ne soient prises pour la préparer au recyclage et à la réutilisation.
Chercheurs et startups s’affrontent pour résoudre cette énigme. S’ils peuvent détourner la fibre de carbone des décharges, ils pourraient ouvrir les portes à l’utilisation de la fibre de carbone recyclée dans les voitures, les vélos et pour des dizaines d’autres applications. Ils pourraient également économiser beaucoup d’énergie puisque la production de matériaux vierges est la partie la plus énergivore du processus.
Le problème principal est que la fibre de carbone ne peut pas simplement être fondue et reformée comme l’aluminium. Les composites en fibre de carbone tirent leur force de longues fibres de carbone alignées avec précision, fixées dans un polymère de type colle durci à des températures et des pressions élevées. Une fois durcis, la plupart de ces polymères résistants ne fondront pas et devront être brûlés ou dissous chimiquement pour récupérer les précieuses fibres.
Dans son usine située près de Dudley, dans les West Midlands, ELG Carbon Fibre recycle la fibre de carbone depuis 2009 en brûlant les polymères. Vartega, une start-up basée dans le Colorado, qui est en train de devenir un hub technologique en fibre de carbone, fait quelque chose de similaire avec les produits chimiques.
Les deux se traduisent par des fibres plus courtes et plus brouillées que les nouvelles, ce qui réduit leur capacité à supporter de lourdes charges, explique Steve Pickering, responsable de l’ingénierie mécanique, des matériaux et de la fabrication à l’Université de Nottingham.
La fibre de carbone recyclée se retrouve souvent dans les raquettes de tennis et les clubs de golf, où le faible poids (et le cachet de la fibre de carbone) est plus important que la résistance, dit Pickering. “C’est toujours un bon matériau, mais ce n’est pas beaucoup mieux que d’autres matériaux bon marché comme l’aluminium et d’autres composites”, ajoute-t-il.
Avenir de la fibre de carbone
L’équipe de recherche de Pickering travaille sur un moyen de disperser les fibres recyclées dans un liquide et de les réaligner en les forçant à travers une minuscule buse. Il pense que le processus aboutira finalement à une fibre de carbone recyclée suffisamment résistante pour une utilisation dans l’automobile.
Un recyclage plus efficace pourrait également avoir de grandes implications sur les coûts, dit-il. En tant que matériau pour les pièces automobiles, la fibre de carbone coûte actuellement 20 fois plus cher que l’acier et 10 fois plus que l’aluminium, selon une étude (pdf) de Jaguar Land Rover.
Chris Kaffer, PDG de Mallinda, une start-up basée au Colorado qui travaille sur la fibre de carbone, convient qu’il est possible de réduire les coûts. L’entreprise a mis au point un nouveau polymère qui peut être remoulé et réparé à des températures plus basses et, parce qu’il est facile à remodeler, permettrait d’emboutir les pièces automobiles en fibre de carbone en moins d’une minute plutôt que les plusieurs heures que le processus peut prendre actuellement.
” Nous envisageons de réduire le coût de la fibre de carbone en créant un marché secondaire pour l’incorporation de fibres recyclées dans de nouveaux produits”, explique Kaffer.
Cela ne se produira pas du jour au lendemain. Les grands constructeurs automobiles ont dans le passé été lents à adopter de nouveaux matériaux: changer le châssis du pick-up F-150 de l’acier à l’aluminium, par exemple, a pris six ans à Ford et a coûté un milliard de dollars.
“De plus, nous avons 50 ans de chimie et de développement traditionnels de la fibre de carbone à rattraper”, explique Kaffer.
La bonne nouvelle est que les produits en fibre de carbone durent longtemps: la génération actuelle de pales d’éoliennes et de véhicules électriques ne se dirigera pas vers le chantier de démolition avant au moins une autre décennie. Peut-être qu’au moment où la deuxième génération prendra sa retraite, nous aurons un meilleur endroit pour mettre leurs précieuses fibres de carbone qu’un trou dans le sol.
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