Des chercheurs de l’Université de Tsinghua ont mis au point une méthode pour recycler les pales d’éoliennes usagées en les soumettant à une forte impulsion thermique pour produire du carbure de silicium et du graphène. Cette technique d’upcycling permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de valoriser un déchet industriel encombrant.
Le problème des pales d’éoliennes en fin de vie
Les pales d’éoliennes sont conçues pour résister aux conditions météorologiques les plus rudes, subissant des rayonnements ultraviolets intenses, des variations de température extrêmes, des rafales de vent et des impacts de foudre pendant environ 20 ans d’exploitation. Cette robustesse exceptionnelle, qui garantit leur longévité, devient un défi environnemental majeur lorsque les turbines sont démantelées. En raison de la complexité des matériaux composites à base de résine polymère et de fibre de verre, qui s’avèrent difficiles à séparer et à réutiliser, une grande partie des pales usagées finit par être mise en décharge ou incinérée.
En Chine, où l’énergie éolienne s’est développée rapidement, le volume de déchets s’accumule. En Europe, le tonnage annuel de pales hors d’usage doit passer de 20 000 tonnes en 2025 à 55 000 tonnes d’ici 2030 à mesure que les parcs vieillissent. Face à cette situation, l’association européenne de l’industrie éolienne WindEurope a introduit une interdiction volontaire de mise en décharge entrée en vigueur l’année dernière, tout en demandant aux décideurs de l’Union européenne d’inscrire cette interdiction dans la législation.
Le chauffage par effet Joule flash à 2 000 °C
Pour contrer cet amassement dans les sites d’enfouissement, une équipe de l’Université de Tsinghua dirigée par le chercheur Bing Deng a examiné la composition chimique des pales, formées de résine riche en carbone et de fibre de verre contenant de la silice. En recourant à une technique de chauffage par effet Joule flash, les scientifiques ont porté ces déchets à environ 2 000 °C en l’espace de quelques secondes. Sous l’effet de cette température extrême, le carbone réagit avec la silice pour donner du carbure de silicium, tandis que les atomes de carbone restants se réorganisent pour former du graphène.
Les tests menés par l’équipe montrent que l’intégration d’une faible proportion de ces matériaux récupérés dans de la résine fraîche en améliore les performances mécaniques et thermiques. Une adjonction de 0,3 pour cent en poids rend la résine plus rigide, augmentant sa résistance à la déformation sous tension de 27 pour cent et sa résistance à la flexibilité de 9 pour cent. À une concentration de 0,1 pour cent, la diffusivité thermique progresse de 41 pour cent, facilitant la dissipation de la chaleur.
Réduction des émissions et rentabilité économique
Les méthodes de recyclage classiques telles que la pyrolyse ou la dissolution chimique impliquent des coûts élevés et des empreintes carbone importantes. Selon l’ingénieur environnemental Hao Bi, la pyrolyse exige environ 460 dollars par tonne, tandis que la dissolution chimique atteint près de 1 800 dollars par tonne. À l’inverse, le procédé par chauffage flash génère un bénéfice estimé à environ 80 dollars par tonne grâce à la valeur marchande du carbure de silicium et du graphène récupérés.
Cette approche permet en outre de réduire les émissions de gaz à effet de serre de près de 83 pour cent par rapport à la pyrolyse et de 92 pour cent par rapport à la dissolution chimique. Les chercheurs s’attellent désormais à transposer le procédé à une échelle industrielle tout en envisageant des applications pour d’autres matériaux composites utilisés dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’emballage électronique et de la construction.