Letteratura scientifica selezionata sul tema "Opérations de recyclage (génie chimique) – Environnement"

La modélisation du recyclage - et l'allocation en général - est un sujet très débattu dans le domaine de l’analyse du cycle de vie (ACV). Cette thèse a pour objectif le développement d’une approche scientifique et cohérente pour la modélisation du recyclage en ACV afin de fournir des informations pertinentes aux entreprises. Ainsi, un cadre systématique est établi pour catégoriser les procédures d'allocation existantes en fonction de l’objectif de l’ACV et de l’approche attributionelle (ACV-A) ou conséquentielle (ACV-C). Une revue critique des directives officielles a montré qu'aucun d'entre elles ne recommande des procédures d’allocation conforme à ce cadre. L’approche d’imputation basée sur un schéma axiomatique qui explicite toute hypothèse subjective a été identifiée comme la méthode la plus pertinente pour l’ACV-A. Dans le cas de l'ACV-C, le ratio entre le prix du marché du matériau recyclé et celui du matériau primaire substitué est présenté comme un nouvel indicateur pour identifier si le recyclage permet de substituer la production de matériau primaire ou d’éviter son traitement en tant que déchet. Les processus qui sont affectés par une demande changeante pour un produit sont identifiés avec un diagramme de boucle causale, qui inclut également les stocks anthropiques comme un nouvel élément dans l’ACV-C. L'application des procédures d’allocation est démontrée par une étude de cas portant sur le recyclage des éléments de terres rares (ETR) des lampes fluorescentes. Les deux approches d’ACV fournissent des informations différentes et utiles aux entreprises
Modeling of recycling – and allocation in general – is a heavily debated topic in the Life Cycle Assessment (LCA) domain. This thesis aimed to find a coherent scientific approach to model recycling in LCA that provides relevant information to companies. Existing allocation procedures are captured by mathematical formulas and linked to an LCA goal and an attributional or consequential approach in a systematic framework. A review of official guidelines showed that none of them provides recommendations on allocation that is consistent with this framework. A partitioning approach was identified for attributional LCA (a-LCA). This approach is based on subjective assumptions, which are made explicit by axioms. In consequential LCA (c-LCA), the market-price ratio between the recycled and substituted primary material is introduced as a new indicator to identify whether additional recycling substitutes the production of primary materials or avoids waste treatment. The processes that are affected by a changing demand for a product are identified by a causal loop diagram, which also includes stockpiling as a new element in c-LCA. The application of the allocation procedures is demonstrated by a case study of the recycling of rare earth elements (REEs) from used fluorescent lamps. The a-LCA indicated that recycled REEs are more sustainable than primary REEs. The c-LCA showed that recycling is environmentally beneficial as long as the REEs are used in fluorescent lamps that substitute less energy-efficient halogen lamps. This demonstrates that both LCA approaches provide different but useful information for companies. Suggestions are given for policy measures when the market situation does not stimulate environmentally beneficial behavior. It is recommended, among other options, to extend the causal loop diagram of c-LCA to include additional mechanisms, such as rebound effects

La modélisation du recyclage - et l'allocation en général - est un sujet très débattu dans le domaine de l’analyse du cycle de vie (ACV). Cette thèse a pour objectif le développement d’une approche scientifique et cohérente pour la modélisation du recyclage en ACV afin de fournir des informations pertinentes aux entreprises. Ainsi, un cadre systématique est établi pour catégoriser les procédures d'allocation existantes en fonction de l’objectif de l’ACV et de l’approche attributionelle (ACV-A) ou conséquentielle (ACV-C). Une revue critique des directives officielles a montré qu'aucun d'entre elles ne recommande des procédures d’allocation conforme à ce cadre. L’approche d’imputation basée sur un schéma axiomatique qui explicite toute hypothèse subjective a été identifiée comme la méthode la plus pertinente pour l’ACV-A. Dans le cas de l'ACV-C, le ratio entre le prix du marché du matériau recyclé et celui du matériau primaire substitué est présenté comme un nouvel indicateur pour identifier si le recyclage permet de substituer la production de matériau primaire ou d’éviter son traitement en tant que déchet. Les processus qui sont affectés par une demande changeante pour un produit sont identifiés avec un diagramme de boucle causale, qui inclut également les stocks anthropiques comme un nouvel élément dans l’ACV-C. L'application des procédures d’allocation est démontrée par une étude de cas portant sur le recyclage des éléments de terres rares (ETR) des lampes fluorescentes. Les deux approches d’ACV fournissent des informations différentes et utiles aux entreprises
Modeling of recycling – and allocation in general – is a heavily debated topic in the Life Cycle Assessment (LCA) domain. This thesis aimed to find a coherent scientific approach to model recycling in LCA that provides relevant information to companies. Existing allocation procedures are captured by mathematical formulas and linked to an LCA goal and an attributional or consequential approach in a systematic framework. A review of official guidelines showed that none of them provides recommendations on allocation that is consistent with this framework. A partitioning approach was identified for attributional LCA (a-LCA). This approach is based on subjective assumptions, which are made explicit by axioms. In consequential LCA (c-LCA), the market-price ratio between the recycled and substituted primary material is introduced as a new indicator to identify whether additional recycling substitutes the production of primary materials or avoids waste treatment. The processes that are affected by a changing demand for a product are identified by a causal loop diagram, which also includes stockpiling as a new element in c-LCA. The application of the allocation procedures is demonstrated by a case study of the recycling of rare earth elements (REEs) from used fluorescent lamps. The a-LCA indicated that recycled REEs are more sustainable than primary REEs. The c-LCA showed that recycling is environmentally beneficial as long as the REEs are used in fluorescent lamps that substitute less energy-efficient halogen lamps. This demonstrates that both LCA approaches provide different but useful information for companies. Suggestions are given for policy measures when the market situation does not stimulate environmentally beneficial behavior. It is recommended, among other options, to extend the causal loop diagram of c-LCA to include additional mechanisms, such as rebound effects

En 1987, la commission sur l'environnement et le développement des Nations-Unies définissait le développement soutenable/durable par ‘‘un développement qui répond aux besoins actuels sans compromettre les capacités des générations futures à répondre au leur’’. Cette définition vise à améliorer/maintenir la qualité de vie de l'humanité avec le temps en perspective. Le développement durable met en exergue trois actions : la diminution des besoins, l'utilisation d'énergies propres et renouvelables et le recyclage. Cette thèse vise à proposer des éléments de réponses à trois questions scientifiques : RQ1 : Comment évaluer l'impact environnemental résultant de l'exploitation des ressources minérales, en tenant en compte de leur abondance, de leur composition chimique, de leurs propriétés physiques et des effets de leur extraction?RQ2 : Comment évaluer la performance du recyclage, en prenant en compte les différentes pertes (de quantité et de qualité)?RQ3 : Substituer de l'énergie fossile par de la biomasse s'inscrit-il toujours dans le cadre du développement durable?La méthode émergétique est principalement utilisée pour cette recherche. Elle est complétée par l'exergético-écologie, l'empreinte carbone ou l'analyse exergétique du cycle de vie.L'émergie spécifique initiale (avant exploitation) des 42 minéraux les plus utilisés dans l'industrie est proposée, tout en respectant le principe de hiérarchisation des matériaux formulé par Odum. La performance environnementale du recyclage métallurgique a été étudiée tout en tenant compte des pertes de matière et de qualité. Une transformité moyenne et trois ratios sont proposés, permettant de quantifier une solution qualifiable de ‘‘éco-conception’’. Finalement, l'intérêt d'une substitution d'un combustible fossile par de la biomasse a été analysé à l’aide de deux exemples concrets
In 1987, the United Nations World Commission on Environment and Development defined sustainable development as ‘‘development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs’’. The aim is to continuously improve the quality of life for both current and future generation without increasing the use of natural resources beyond the Earth's carrying capacity. The entire life-cycle of natural resources, from their extraction to their final disposal as waste, engenders negative environmental impacts. Waste recycling and the substitutionof excessively polluting resources with alternatives are considered as the key components of sustainable resource management. The flow of the thesis is formalized in the following three research questions:RQ1: Is it possible, and if so how, to assess the environmental impacts resulting from the exploitation of mineral resources, taking into account their abundance, their chemical and physical properties and the effects of their extraction?RQ2: Is it possible, and if so how, to evaluate the environmental performance of recycling, taking into account the chemical, physical and thermodynamic limits of the process?RQ3: To which extent a partial or complete substitution of fossil fuels with biomass is an environmentally friendly solution?The work is essentially based on the emergy approach, but also other environmental assessment tools has been used such as the exergoecology approach, the exergetic life cycle assessment and the carbon footprint. The specific emergy of about 42 main commercially used minerals has been calculated, respecting the material hierarchy developed by Odum. The environmental performance of metallurgical recycling has been studied, taking into account for the material and quality losses during the process. The use of an average transformity is proposed and three sustainability ratios have been defined to assess the benefits and limits of recycling processes. Finally, in order to determine the environmental impact of using biomass as substitute for fossil fuels, two concrete examples has been studied

Face à une croissance importante des déchets d'équipements électriques et électroniques, des directives visant des objectifs de collecte, de valorisation et de recyclage ont été adoptées. Concernant les déchets de circuits imprimés, une difficulté majeure apparaît puisqu'ils sont composés de polymère thermodurcissable, infusible et insoluble, dont la structure chimique varie d'un produit à l'autre. Seul un traitement par solvolyse permet de récupérer à la fois les fibres de renfort non fragilisées, les métaux et le polymère, sans conduire à des substances nocives formées à plus haute température. Au cours de cette recherche, l'influence de plusieurs paramètres, sur les performances de la solvolyse de différents types de circuits imprimés, a été étudiée de façon systématique. Seule l'utilisation de glycols en milieu basique permet de faire passer en solution la totalité du polymère pour tous les circuits étudiés, et de récupérer ainsi des fibres et métaux très peu contaminés par de la matière organique. Un procédé optimal a été déterminé. Il est reproductible et a été validé sur un lot industriel de circuits imprimés provenant du démantèlement d'ordinateurs hors d'usage. Dans les conditions de solvolyse retenues, des réactions de cyclisation et, plus surprenant, de transetherification, conduisant à une dégradation du solvant réactif, ont été mises en évidence. Les fibres peuvent être réutilisées pour d'autres applications. La séparation des fibres et des métaux doit être effectuée par lixiviation de ces derniers qui peuvent ensuite être valorisés par hydrométallurgie. Le liquide organique, qui contient beaucoup de solvant, peut servir à solvolyser des déchets de pet pour obtenir un polyol précurseur de mousses polyuréthanes avec des propriétés anti-feu par la présence des composés organobromes provenant du polymère.

L'objet de ce travail était une meilleure compréhension des réactivités dans les réactions d'alcoolyse des polyesters faisant intervenir un liquide et une phase solide. A cette fin, nous avons mis au point un dispositif expérimental permettant le suivi cinétique isotherme des réactions de solvolyse. La glycolyse du PET s'étant révélée plus complexe que prévue nous nous sommes limités à l'étude des glycols comme solvolysants et principalement du PET comme polyester. Les paramètres d'étude sont : la température, la catalyse, la granulométrie, la nature des glycols, la nature et la cristallinité initiale du polyester. Les résultats obtenus ont montré une forte influence des conditions expérimentales (température et catalyse) sur l'évolution de la composition du mélange réactionnel en cours de dépolymérisation. L'ordre de réactivité des glycols étudiés s'est révélé dépendant des conditions de température et de catalyse. Schématiquement, la réactivité globale dépend à la fois de la réactivité chimique du solvolysant et de son pouvoir solvatant vis-à-vis du PET : la réactivité chimique du glycol n'est pas liée à la nature primaire ou secondaire de la fonction alcool, mais à la polarité globale du milieu réactionnel. La glycolyse non catalysée de polyesters modèles par le dipropylène glycol a montré des résultats surprenants car de grosses différences de réactivité peuvent être observées selon la nature des motifs glycoliques de ces polyesters
The object of this work was a better comprehension of the reactivities in alcoholysis reactions of polyesters. For this purpose, we developed an experimental device allowing the isothermal kinetic follow-up of solvolysis reactions. The glycolysis of the PET being revealed more complex than envisaged we have limited the study to glycols as solvolysants and mainly PET as polyester. The studied parameters are: temperature, catalysis, granulometry, nature of glycols, nature and initial crystallinity of polyester. The obtained results showed a strong influence of the experimental conditions (temperature and catalysis) on the evolution of the reactional mixture during depolymerization. The glycols reactivity order depends of temperature and catalysis conditions. Schematically, the total reactivity does not depend only of the glycol chemical reactivity but also on the polarity mixture. The non-catalyzed glycolysis of model polyester by the dipropylene glycol showed surprising results because big differences of reactivity can be observed according to the nature of the glycolic unity for these polyesters

Le procédé de solvolyse à haute température et à haute pression est une nouvelle technologie qui a été exploité dans ce travail pour étudier la recyclabilité de deux matériaux composites. Une étude des phénomènes physico-chimiques qui interviennent lors de ce processus de dégradation et leur relation avec les caractéristiques de chaque matériau apporte une contribution importante à la maîtrise de ce procédé. Tout d'abord une optimisation des conditions expérimentales de dégradation de deux résines époxydes ainsi que l'analyse de la nature thermique de chaque processus sont étudiées pour la première fois pour cette classe de matériaux. Ensuite, des analyses physico-chimiques et mécaniques des différents effluents du procédé ont été réalisées. Enfin, des chemins de valorisation de différents effluents ont été explorés et discutés
The solvolysis process at high temperature and high pressure is a new technology that was used in this work to study the recyclability of two composite materials. A study of the physicochemical phenomena involved in this process of degradation and their relationship to the characteristics of each material contributed significantly to the control of the process. First optimization of experimental conditions degradation of two epoxy resins and the thermal analysis of the nature of each process were studied for the first time for this class of materials. Then, the physicochemical and mechanical processes of the different effluents were completed. Finally, ways of valuing different effluent were explored and discussed

L'étude décrit une nouvelle voie de recyclage chimique du poly(carbonate de bisphénol A) (PC) par extrusion réactive. L'approche utilisée consiste à transformer le PC en un copolymère séquencé polycarbonate - poly(ε-caprolactone) par réaction avec l'ε-caprolactone au cours d'une opération d'extrusion. Plus précisément, la voie de synthèse consiste à créer, dans une première étape, des sites actifs titane-bisphénol par réaction d'échange entre le PC et le tétrapropoxytitane, puis dans une seconde étape, à polymériser l'ε-caprolactone sur les sites ainsi créés afin d'obtenir des copolymères séquencés polycarbonate - poly(ε-caprolactone). La détermination des mécanismes réactionnels par des études RMN 1H et 13C très détaillées, facilitée par l'étude préliminaire de réactions modèles avec le carbonate de diphényle et le tétraphénoxytitane, montre l'importance des réactions d'échange des ligands alkoxy par des phénoxy dans le contrôle de la longueur des séquences des copolymères. Ces dernières réactions, prédominantes dans les conditions classiques de l'extrusion du PC, génèrent des copolymères présentant un caractère statistique prononcé. Cependant, un début de caractère bloc peut être obtenu par modification du profil des températures. Le comportement thermique des copolymères synthétisés est caractérisé par DSC

Le présent travail, axé sur un élargissement et une optimisation des applications des ligands de type tris(oxazolinyl)ethane (trisoxazolines) en catalyse asymétrique « acide de Lewis », présente une panoplie de nouveaux ligands stéréodirecteurs multidentates et porteurs de fonctions capables de permettre d’ultérieurs connexions ou autre greffage (« linkers »). Basé sur la préparation (à l’échelle du gramme) de précurseurs fonctionnalisés de la classe des alcools aminés appropriés, trois dérivés chiraux pentadentates de symétrie C1 et deux dérivés hexadentates de symétrie C3 de la famille des trisoxazolines, incorporant des fonctions (thio)ether, ont pu être synthétisés. Conférant de meilleures stabilités cinétiques envers les métaux labiles comme les lanthanides, ces nouveaux ligands sont alors supposés fournir des applications plus efficaces dans les transformations stéréosélectives. Les bis- et trisoxazolines contenant une fonction alkynyl ont pu être greffées de façon covalente à des supports dendritiques de type carbosilane et le potentiel catalytique des complexes de cuivre(II) de ces nouveaux ligands polydispersés a pu être examiné au travers de l’étude de deux réactions de référence. Pour chacune de ces réactions, les catalyseurs multisites de type bisoxazoline montrent une meilleure sélectivité et plus particulièrement, une activité catalytique supérieure. Cette observation peut être interprétée comme étant due à une gêne dans la décoordination de la troisième unité oxazoline, représentant l’étape clé pour la génération de l’espèce catalytiquement active pour les complexes de cuivre porteurs de ligands trisoxazoline immobilisés. Les catalyseurs dendritiques de seconde génération ont été encapsulés dans des sachets à membranes de dialyse. Ainsi, les réactions catalytiques ont pu être effectuées en immergent ces « sachets catalytiques » dans un récipient contenant une solution de substrat. Les catalyseurs contenant les unités bisoxazoline ont ainsi conduits à de bons résultats reproductibles après plusieurs recyclages, alors que la performance des dendrimères contenant les ligands trisoxazoline diminue de manière monotone au fil des tours catalytiques en raison de leur faible activité, nécessitant alors une augmentation du temps de réaction après chaque cycle. Par conséquence, ceci engendre une perte plus importante du catalyseur
In this work, directed towards more efficient and broadened applications of tris(oxazolinyl)ethanes (trisoxazolines) in asymmetric Lewis acid catalysis, a library of new stereodirecting polydentate and linker-functionalised ligands was designed. On the basis of a multigramm-scale access to appropriately functionalised α-amino alcoholprecursors, three C1-chiral pentadentate and two C3-symmetric hexadentate trisoxazoline derivatives, incorporating peripheral (thio)ether functions, were synthesised. Conferring greater kinetic persistence to labile metals such as lanthanides, they are assumed to allow efficient applications in stereoselective transformations. Bis- and trisoxazolines containing an alkynyl unit have been covalently attached to carbosilane dendrimers and the general catalytic potential of their CuII-complexes was assessed by studying two benchmark reactions. For both of them, the bisoxazoline-based multisite catalysts displayed superior selectivity and, in particular, catalyst activity. The latter was interpreted as being due to the hindered decoordination of the third oxazoline unit, the key step in the generation of the active catalyst, in the immobilised trisoxazolinecopper complexes. Second generation dendrimer catalysts were immobilised in dialysis membrane bags, allowing to effect catalytic conversions by dipping them into substrate-filled reaction vessels. The bisoxazoline-based catalysts gave good and reproducible results after several recyclings, whereas the performance of the trisoxazoline dendrimers decreased monotonically due to their low activity, which necessitated an increased reaction time for each cycle. This resulted in higher levels of catalyst leaching
Im Rahmen dieser Arbeit wurde, mit dem Ziel Tris(oxazolinyl)ethanderivate (Trisoxazoline) in der asymmetrischen Lewissäure-Katalyse effizienter und breiter anzuwenden, eine Serie neuer polydentater und Linker-funktionalisierter Steuerliganden synthetisiert. Basierend auf einem Zugang zu entsprechend funktionalisierten α-Aminoalkoholvorstufen im Multigramm-Maßstab wurden drei C1-chirale pentadentate und zwei C3-symmetrische hexadentate Trisoxazolinderivate mit peripheren (Thio)etherfunktionen synthetisiert. Diese tragen im Prinzip zur kinetischen Stabilisierung labiler Metalle, z. B. Der Lanthanoiden, bei und ermöglichen so deren effiziente Anwendung in stereoselektiven Reaktionen. Nach der kovalenten Trägerung Alkinyl-funktionalisierter Bis- und Trisoxazoline an Carbosilandenrimeren wurde das katalytische Potential ihrer CuII-Komplexe in zwei Benchmarkreaktionen abgeschätzt. Bisoxazolin-basierte Vielzentrenkatalysatoren erzielten mit beiden Systemen höhere Selektivitäten und insbesondere Aktivitäten als ihre Trisoxazolinanaloga. Dies wurde auf die gehinderte Dekoordination des dritten Oxazolins, dem Schlüsselschritt bei der Ausbildung des aktiven Katalysators im Falle der immobilisierten Trisoxazolin-Kupferkomplexe, zurückgeführt. Dendritische Katalysatoren der zweiten Generation wurden in einer Dialysemembran immobilisiert, um durch Eintauchen der resultierenden Beutel in mit Substrat befüllte Reaktionsgefäße katalytische Umsetzungen durchzuführen. Dabei erzielten die Bisoxazolinbasierten Katalysatoren über mehrere Läufe gute, reproduzierbare Werte, während jene der Trisoxazolindendrimere monoton abnahmen. Dies ließ sich auf ihre geringe Aktivität, die damit verbundenen längeren Reaktionszeiten und die erhöhten Katalysatorverluste durch Leaching zurückführen

La valorisation des matrices époxyde renforcées par de la fibre de verre a constitué l'objet de ces recherches. La recherche bibliographique a permis d'aborder la notion de composite, d'étudier les différents modes de recyclage existant et les nouvelles matrices recyclables. La dépolymérisation par solvolyse des composites, dans un but de valorisation des produits résultants a été développée. La solvolyse des époxydes durcis anhydride est assez aisée. Le tétrabutylorthotitanate s'est révélé un catalyseur efficace. Tous les glycols peuvent être utilisés mais le dièthylèneglycol et la monoéthanolamine donnent les meilleurs résultats. La dépolymérisation est poussée jusqu'au stade monomère. Le glycolysat est constitué par des esterdiols, des tétraalcools et l'excès de glycol. Le solvant peut être éliminé par distillation sous vide, sans réactions de rééquilibrage. La solvolyse des matériaux composites est également réalisable. Les fibres de verres sont libérées facilement. Des échantillons de grande taille peuvent être traités. Après lavage et séchage, des fibres longues sont récupérées. Bien que les réseaux époxyde durcis amine ne contiennent pas de jonctions esters, la solvolyse conduit encore à une dépolymérisation, plus aisée lorsque le durcisseur est une amine aliphatique. La solvolyse de composites à matrice DGEBA durci amine aromatique conduit à la libération des fibres, mais polluées par des résidus organiques. Un essai de solvolyse avec la xylylènediamine a donné des résultats encourageants. L'utilisation du glycolysat comme glycol modifié pour traiter des déchets de PET a été étudiée. Les polyols résultants donnent des mousses polyuréthanes intéressantes. Des essais de valorisation du polyol en résine vinylester et polyester insaturé ont également été entrepris. Toutes les matrices époxyde contenant un site ester sont aptes au recyclage. C'est le cas notamment des résines cycloaliphatiques et ce, quelque soit le durcisseur associé.