En 2019, le marché mondial des composites a atteint un volume de 17,7 mégatonnes pour une valeur de 86 milliards de dollars. Les marchés situés en Chine (28%) et en Amérique du Nord (26%) restent les principaux marchés en volumes devant l’Europe (21%) et le reste de l’Asie (19%).[1]
D’après l’étude du JEC observer, il est estimé que le marché de la fibre de verre représente environ 90 % du volume de production de composites en 2020. Toutefois, les matériaux polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont de plus en plus nombreux à être utilisés dans un large éventail de secteurs applicatifs tels que dans les transports aérien, terrestre et maritime, les éoliennes, les réservoirs de stockage d’hydrogène ou encore les équipements sportifs [2]. En terme économique, les CFRP représentent plus 25% du marché des composites, en raison du coût important de production des fibres de carbone.
Cette demande croissante de CFRP découle notamment de leurs propriétés mécaniques élevées, faible densité, facilité d’intégration de multiples fonctions dans la pièce finale, et liberté de conception [3]. On note que la demande de CFRP mondiale a triplé entre 2010 et 2020 et devrait dépasser 300 000 tonnes par an d’ici 2030 (Figure 1) [4]. La forte augmentation de la demande de fibres de carbone impose, de plus, une forte pression sur les producteurs dont la capacité de production risque de ne pas suffire à satisfaire la demande [5].
Figure 1 : Évolution du marché de la fibre de carbone et durée de vie des pièces composites par application [4]
Ces augmentations entrainent mécaniquement une augmentation de la quantité de matériaux arrivant en fin de vie. Sur les marchés de l’éolien et de l’industrie aéronautique, certaines études ont notamment pu estimer que les gisements de déchets relatifs à ces secteurs vont croître rapidement, pour atteindre au total près de 1 million de tonnes de déchets CFRP générés dans le monde à l’horizon de 2050 [6]. Il devient donc primordial de créer un écosystème industriel capable de valoriser ces déchets et d’en créer de la valeur ajoutée plutôt que de devoir supporter le coût de leur élimination.
Le recyclage et la remise en forme des FCr représentent près de 10 à 30% de l’énergie nécessaire à la fabrication de fibres de carbone vierges.[7]
Des procédés de valorisation des fibres de carbone recyclées (FCr) commencent à voir le jour à l’échelle industrielle dont notamment le procédé de vapothermolyse qui permet de conserver un état de surface et des propriétés mécaniques de l’ordre de 95% vis-à-vis des propriétés d’une fibre vierge.[8]
Le projet DUCHESS vise à adapter et démontrer au niveau industriel des procédés innovants de remise en forme des fibres de carbone recyclées (FCr) pour l’obtention de fibres orientées sous forme de bobines de fils continus et de mats. Ces derniers permettront d’ouvrir le champ de toutes les applications semi-structurelles aux FCr qui n’existent actuellement pas sur les marchés français et à l’échelle commerciale, et de s’inscrire dans une logique d’économie circulaire complète.
Dans ce cadre,les principaux enjeux du projet DUCHESS sont :
- Spécifier les caractéristiques techniques des bobines de fils et mats de FCr à produire en vue d’une parfaite compatibilité avec les procédés de transformation textiles existants.
- Produire des FCr issues de gisements de déchets à partir du procédé de vapothermolyse.
- Optimiser et produire des semi-produits de types non-tissés, rubans et mèches FCr.
- Optimiser et produire des bobines de fils FCr compatibles avec l’application visée (en accord avec le point 1).
- Adapter les procédés industriels textiles existants (tissage, tressage, TFP etc.) pour la transformation des fils continus et mats FCr en vue de produire et tester des textiles techniques à base de FCr.
- De plus, le projet DUCHESS doit démontrer un niveau de compétitivité élevé des produits, c’est-à-dire que les coûts de production soient compatibles avec un passage à l’échelle industrielle vis-à-vis de l’application marché visée.
Ce projet à été financé par l’État dans le cadre de France 2030 opéré par l’ADEME
Références:
[1] JEC. JEC Observer: Overview of the Global Composites Market 2019-2024 2020.
[2] Das S, Warren J, West D, Laboratory ORN. Global Carbon Fiber Composites Supply Chain Competitiveness Analysis. Technical Report 2016.
[3] GREC – Guide du Recyclage et de l’Ecoconception des Composites. La librairie ADEME n.d. https://librairie.ademe.fr/dechets-economie-circulaire/5577-grec-guide-du-recyclage-et-de-l-ecoconception-des-composites.html (accessed April 3, 2023).
[4] CFRP Market at $64 Billion by 2030. PlasticstodayCom 2020. https://www.plasticstoday.com/composites/cfrp-market-64-billion-2030.
[5] The future of carbon fiber manufacture 2022. https://www.compositesworld.com/articles/the-future-of-carbon-fiber-manufacture.
[6] Lefeuvre A, Garnier S, Jacquemin L, Pillain B, Sonnemann G. Anticipating in-use stocks of carbon fiber reinforced polymers and related waste flows generated by the commercial aeronautical sector until 2050. Resources, Conservation and Recycling 2017;125:264–72. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.06.023.
[7] Zhang J, Chevali VS, Wang H, Wang C-H. Current status of carbon fibre and carbon fibre composites recycling. Composites Part B: Engineering 2020;193:108053. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108053.
[8] Jiang J, Deng G, Chen X, Gao X, Guo Q, Xu C, et al. On the successful chemical recycling of carbon fiber/epoxy resin composites under the mild condition. Composites Science and Technology 2017;151:243–51. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2017.08.007.