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Une nouvelle méthode d’impulsion électrique améliore l’efficacité du recyclage des fibres de carbone
Photographies des (a) CFRP et (b) CF récupérés obtenues par DD. Crédit: Rapports scientifiques (2024). DOI : 10.1038/s41598-024-76955-0. Rapports scientifiques (2024). DOI : 10.1038/s41598-024-76955-0
Le monde se dirige rapidement vers un avenir développé, et les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) jouent un rôle clé dans le progrès technologique et industriel. Ces matériaux composites sont légers et très résistants, ce qui les rend intéressants pour des applications dans divers domaines, notamment l’aviation, l’aérospatiale, l’automobile, la production d’énergie éolienne et les équipements sportifs.
Cependant, le recyclage des CFRP présente un défi important, la gestion des déchets étant un problème urgent. Les méthodes de recyclage conventionnelles nécessitent un chauffage à haute température ou des traitements chimiques, ce qui entraîne un impact environnemental élevé et des coûts élevés. De plus, récupérer des fibres de carbone de haute qualité a été un défi.
À cet égard, la fragmentation électrohydraulique a été proposée comme une option prometteuse. Dans cette technique, des impulsions d’ondes de choc intensives générées par des plasmas de décharge à haute tension sont appliquées le long des interfaces de différents matériaux pour séparer les différents composants.
Même si cette méthode est lucrative, pouvons-nous faire mieux ?
En réponse à cette question, une équipe de chercheurs de l’Université Waseda, dirigée par le professeur Chiharu Tokoro du Département des sciences créatives et de l’ingénierie, et comprenant Keita Sato, Manabu Inutsuka et Taketoshi Koita, a mis au point une nouvelle méthode d’impulsion électrique à décharge directe pour recycler efficacement les CFRP.
Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Rapports scientifiques le 30 novembre 2024.
Tokoro parle de la motivation derrière leur travail actuel, déclarant : « Dans nos études précédentes, nous avions déjà établi une expertise en recherche dans la génération d’ondes de choc dans l’eau en utilisant des phénomènes d’impulsions électriques pour fragmenter efficacement des matériaux difficiles à traiter.
“Cependant, dans des applications telles que les batteries lithium-ion, nous avons découvert que la décharge directe, qui utilise le chauffage Joule et la dilatation de la vapeur du matériau lui-même, est plus efficace pour une séparation à haut rendement que le recours aux ondes de choc. Nous appliquons désormais cette approche à CFRP, en supposant qu’il pourrait réaliser une séparation plus efficace par rapport aux méthodes actuelles.
La technique d’impulsion électrique à décharge directe exploite la génération de chaleur Joule, la génération de contraintes thermiques et la force d’expansion due à la génération de plasma, évitant ainsi le besoin de chauffage ou de produits chimiques.
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La nouvelle méthode de recyclage des polymères renforcés de fibres de carbone est au moins 10 fois plus économe en énergie que les alternatives conventionnelles. Crédit : Chiharu Tokoro / Université Waseda, Japon
Les chercheurs ont comparé cette méthode à la fragmentation électrohydraulique en examinant les propriétés physiques correspondantes des fibres de carbone récupérées, notamment la longueur, la résistance à la traction, l’adhésion de la résine et la dégradation structurelle, ainsi que l’efficacité énergétique en termes de séparation des fibres.
Ils ont constaté que leur nouvelle technique est plus efficace pour la récupération des fibres de carbone. Il préserve les fibres relativement plus longues avec une résistance plus élevée et sépare également avec précision les CFRP en fibres individuelles sans retenir de résine résiduelle à la surface.
De plus, l’approche de décharge directe améliore l’efficacité énergétique d’un facteur d’au moins 10 par rapport aux alternatives traditionnelles, tout en réduisant l’impact environnemental et en favorisant l’utilisation des ressources.
Par conséquent, cette technologie devrait accélérer le recyclage des CFRP, contribuant ainsi de manière significative au développement d’une société durable.
Selon Tokoro, « les résultats de nos recherches ont de nombreuses applications, liées au recyclage des CFRP provenant de composants d’avions usagés, de déchets automobiles et de pales d’éoliennes. Ainsi, la présente innovation soutient la durabilité dans toutes les industries en permettant une récupération efficace des ressources et en réduisant l’impact environnemental. “
Dans l’ensemble, ce travail devrait contribuer aux objectifs de développement durable des Nations Unies relatifs à l’industrie, à l’innovation et aux infrastructures (ODD 9) et à la consommation et à la production responsables (ODD 12).
Plus d’informations :
Chiharu Tokoro et al, Récupération efficace des fibres de carbone à partir de polymères renforcés par des fibres de carbone à l’aide d’impulsions électriques à décharge directe, Rapports scientifiques (2024). DOI : 10.1038/s41598-024-76955-0
Fourni par l’Université Waseda
Citation: Une nouvelle méthode d’impulsion électrique améliore l’efficacité du recyclage des fibres de carbone (14 janvier 2025) récupéré le 14 janvier 2025 sur
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