«« Repenser la synthèse des polymères dans la perspective de les rendre plus faciles à recycler » Interview de Jannick Duchet-Rumeau | #7

Macroplastiques prélevés sur les plages de la côte est de la Guadeloupe. Ces plages sont exposées au gyre de l'océan Atlantique nord, un vaste ensemble de courants océaniques accumulant d'immenses quantités de plastiques. Les plastiques prélevés sont envoyés au laboratoire Géosciences Rennes pour être transformés en nanoplastiques puis étudiés. Cette recherche s'effectue dans le cadre du projet PEPSEA, financé par l'ANR, dont l'objectif est d'établir le cycle de vie des nanoplastiques, déchets dont le comportement et l'impact sont encore mal connus. © Cyril FRESILLON / PEPSEA / CNRS Images

Ressource #7 du dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGENIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique » INTERVIEW

Professeure de chimie à l’INSA Lyon et directrice du laboratoire Ingénierie des matériaux polymères (IMP)¹, Jannick Duchet-Rumeau s’efforce de concevoir des polymères plus respectueux de l’environnement en modifiant la structuration de ces matériaux à l’échelle nanométrique. La scientifique explore en outre de nouvelles pistes visant à contrôler leurs performances mécaniques ou à améliorer leur durabilité et leur dégradabilité, une fois ces matériaux devenus obsolètes.

© Nareeta Martin sur Unsplash

Pour commencer, pouvez-vous rappeler en quelques chiffres ce que représente la filière des polymères plastiques?

Jannick Duchet-Rumeau : À l’échelle de la planète, la production annuelle de polymères plastiques qui avoisine aujourd’hui les 400 millions de tonnes a quasiment doublé en l’espace de vingt ans. On estime par ailleurs que 8 à 10% de la production pétrolière mondiale est dédiée à la fabrication de ces matériaux dont l’écrasante majorité reste élaborée à partir de cette ressource fossile.

En France, le marché des polymères est largement dominé par les thermoplastiques (polyéthylène, polystyrène, polychlorure de vinyl (PVC), polyéthylène téréphtalate (PET), …) qui représentent 90% des matériaux élaborés chaque année. Près de la moitié de la totalité des plastiques produits dans l’Hexagone sont destinés à la fabrication de nos emballages. Viennent ensuite le secteur de la construction (19 %) et celui de l’industrie automobile (9 %). Il existe en outre tout un ensemble de polymères dits « de spécialité » fabriqués en plus petite quantité. C’est par exemple le cas des plastiques thermostables utilisés dans des domaines nécessitant des matériaux capables de résister à de fortes variations de températures comme dans le domaine de l’aérospatial.

La production massive d’une grande diversité de matériaux polymères et leur omniprésence dans notre vie quotidienne n’est pas sans poser certains inconvénients. Quels sont-ils ?

J D-R : Le principal inconvénient découlant de l’usage massif de polymères plastiques demeure, selon moi, leur faible taux de recyclage. À l’heure actuelle seuls 15% de la totalité des polymères plastiques produits dans le monde sont réellement recyclés, 25% sont incinérés et 60% finissent dans des décharges². La grande variété des polymères mise sur le marché constitue un obstacle important à la généralisation du recyclage. La moitié des emballages plastiques sont par exemple non recyclables ou très difficiles à recycler car ils sont constitués d’une superposition de fines couches de matériaux de natures différentes.

Si certaines catégories de polymères telles que les thermoplastiques présentent malgré tout un taux de recyclage relativement satisfaisant, à l’image des bouteilles en plastique à base de PET dont le taux de recyclage avoisine les 60%, d’autres, comme les thermodurcissables, se révèlent en revanche très difficiles voire impossibles à recycler. Une fois mis en forme, ces polymères parmi lesquels on trouve la résine époxy, les polyuréthanes ou les polyesters insaturés présentent la particularité de ne plus pouvoir être fondus ou dissous, ce qui limite considérablement leur recyclage à partir des procédés industriels actuellement disponibles.

Quelles sont les pistes pouvant contribuer à limiter la pollution plastique ou à faciliter le recyclage des polymères usagés explorées par le laboratoire Ingénierie des matériaux polymères ?

J D-R : Lorsqu’on fabrique un matériau, il convient en premier lieu de le rendre le plus durable possible. Augmenter sa durée de vie, c’est repousser le moment où celui-ci va devenir un simple rebut. Au cours de son utilisation, il convient également de favoriser son auto-réparation. Plutôt que de jeter l’élément d’un matériau composite devenu défectueux, il est tout à fait possible de le réparer par traitement thermique. Cela passe par le développement d’une chimie combinatoire dynamique³. Cette approche novatrice que nous explorons au sein du laboratoire autorise l’élaboration de polymères à partir de petits blocs moléculaires reliés entre eux par des liaisons chimiques réversibles. De telles liaisons permettent d’envisager la « cicatrisation » du matériau lorsque celui-ci est abîmé ou dégradé.

Une autre voie possible consiste à repenser la synthèse des polymères dans la perspective de les rendre plus faciles à recycler. Cela passe par exemple par l’intégration de liaisons esters⁴ dans la structure du matériau. Ces liaisons ont la particularité de pouvoir être hydrolysées c’est-à-dire qu’elles peuvent être rompues en utilisant de simples molécules d’eau, ce qui simplifie grandement la dégradation du matériau sous forme de briques moléculaires qui pourront ensuite être réutilisées pour façonner un nouveau polymère.

D’autres travaux menés par votre laboratoire visent également à repenser la conception du polychlorure de vinyl (PVC). En quoi consiste cet axe de recherche ? 

J D-R : Parce qu’il s’est révélé peu cher à fabriquer tout en étant doté de très bonnes propriétés mécaniques, ce polymère a été produit en grande quantité dès la fin des années 1950. Dans sa forme rigide, il est notamment employé dans la fabrication des tuyaux de canalisation qui représentent plus de 40 % de la consommation de PVC. En dépit de ses nombreux atouts, ce matériau présente l’inconvénient de contenir divers additifs qui sont aujourd’hui reconnus comme néfastes pour la santé. Parmi eux on trouve par exemple les plastifiants à base de phtalates classés comme « substances toxiques pour la reproduction » et des stabilisants à base de plomb. Dans ce cas précis, nos recherches visent en premier lieu à améliorer la décontamination de ce matériau une fois celui-ci devenu obsolète.

En parallèle nous travaillons également à la conception d’une nouvelle génération de PVC exempte de toute forme de toxicité. Il s’agit pour cela d’introduire des plastifiants issus de bioressources et des additifs dépourvus de métaux lourds. D’ici une cinquantaine d’années, lorsque ces PVC de seconde génération seront arrivés en fin de vie, leur recyclage devrait être grandement facilité par l’absence de substances toxiques.

Macroplastiques prélevés sur les plages de la côte est de la Guadeloupe. © Cyril FRESILLON / PEPSEA / CNRS Images

Plus généralement, comment faire en sorte de revoir la conception des polymères plastiques pour améliorer à la fois leur recyclabilité et s’assurer de leur innocuité ?

J D-R : Pour tenter de s’affranchir des problèmes de toxicité que posent les matériaux conçus il y a plus de cinquante ans, il convient d’intégrer la fin de vie du polymère dès sa conception. Cette analyse de cycle de vie peut nous aider à savoir quelles molécules privilégier dans l’élaboration de notre matériau et à l’inverse celles qu’il est préférable de bannir pour limiter les effets nocifs futurs.

Prenons cette fois-ci le cas des emballages plastiques alimentaires qui se composent d’un empilement de polymères dont chacun à une fonction précise : être imprimable, être anti-adhérent, disposer de propriétés barrières permettant de conserver le goût de l’aliment, octroyer une protection contre les contaminations extérieures, etc. Comme je l’ai déjà dit, cette superposition de couches de matériaux complique grandement le recyclage des emballages. Pour contourner ce problème, nous réfléchissons à la possibilité de concevoir un unique matériau réunissant toutes les fonctions de l’emballage alimentaire. Il s’agit pour cela de jouer sur ses propriétés physiques en ayant recours à la cristallisation du matériau polymère ou en modifiant sa topographie de surface, ce qui a pour effet de doter le matériau en question de nouvelles fonctions. En appliquant ces préceptes, nous sommes déjà parvenus à rendre un emballage plastique oléophobe, c’est-à-dire capable de repousser les substances huileuses. Son futur recyclage s’en trouve ainsi facilité étant donné qu’il ne peut plus être souillé par les aliments qu’il a pu contenir.

Vous co-dirigez depuis septembre 2025 le PEPR Recyclage, recyclabilité et réutilisation des matières. Quels sont les objectifs de ce programme de recherche ?

J S-R : En tant que programme académique financé par le programme France 2030, ce PEPR a pour ambition de développer une recherche amont, à même de faire émerger des solutions innovantes dans le domaine du recyclage d’une grande diversité de matériaux. Son approche qui se veut à la fois systémique et globale est centrée sur cinq grandes familles de matériaux : plastiques, matériaux composites, textiles, métaux dits « stratégiques »⁵, papiers et cartons. Le PEPR se focalise en outre sur quatre filières industrielles : les déchets ménagers, les batteries, les déchets issus d’équipements électriques et électroniques et les nouvelles technologies pour l’énergie (photovoltaïque, éolien, production d’hydrogène). À terme, les projets scientifiques menés dans le cadre de ce programme devraient conduire à la création de nouvelles filières de recyclage pour un large éventail de matériaux. Ce PEPR comporte également deux axes de recherche transverses dans le domaine du numérique et en sciences humaines et sociales. Car une fois les meilleures stratégies de recyclage identifiées pour chaque grande famille de matériaux et pour chaque filière, il s’agira ensuite de convaincre les décideurs politiques et la société civile de les mettre en œuvre pour le bien commun.

Propos recueillis par Grégory Fléchet, journaliste scientifique – Janvier 2026

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¹ Unité CNRS / INSA Lyon / Université Claude Bernard / Université Jean Monnet

² Ces données sont consultables sur le portail GéoLittoral.

³ Nouveau concept consistant à créer des bibliothèques de molécules à partir de composés liés entre eux par des connexions réversibles.

⁴ Liaison entre un groupe alcool (-OH) et un groupe acide carboxylique (-COOH), formée par élimination d’une molécule d’eau (H2O).

⁵ Ce qualificatif s’applique à une cinquantaine de métaux (lithium, cobalt, gallium, tungstène, etc.) jugés indispensables à la politique économique, énergétique ou environnementale d’un État ou d’une entreprise.