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Métaux critiques : des bactéries pour recycler les batteries usagées ?

MMétaux critiques : des bactéries pour recycler les batteries usagées ?

Pour réussir sa transition vers une mobilité décarbonée, la France dépend encore de l’importation de matériaux critiques, comme le lithium et le cobalt. Face à cette dépendance qui sous-tend de nombreux enjeux socio-économiques et écologiques, la recherche d’alternatives pour sécuriser ces ressources se fait urgente.

Parmi l’une des solutions viables : le recyclage des objets riches en métaux grâce à un procédé de biolixiviation. À partir de bactéries, cette technique consiste à faire « digérer » des gisements secondaires, des déchets riches en métaux, par des organismes vivants, pour séparer les composés. Si la création d’une filière dédiée pourrait mettre plusieurs décennies à voir le jour, des initiatives sont en cours de développement dans les laboratoires. C’est le cas au laboratoire DEEP(1) de l’INSA Lyon, où Bruno Sialve, enseignant-chercheur et Gabrielle Deslandes, doctorante, explorent la voie biologique pour récolter les métaux des batteries en fin de vie de véhicules électriques.

De la nécessité d’une solution durable pour le recyclage des batteries
L’électrification est l’un des leviers qui participent à la transition d’une mobilité décarbonée. Seulement, pour faire rouler des véhicules à faible émission, il faut produire des batteries. Et pour produire des batteries, il faut des éléments particuliers tels que le lithium, le cobalt ou le nickel. Derrière ces éléments se cachent des impacts environnementaux et des enjeux sociaux très lourds : pollution des sols et des eaux, violations des droits de l’homme dans certains pays contrôlant la majeure partie de ces matières et risques géopolitiques majeurs. Dans ce contexte, recycler ces métaux devient donc une priorité pour limiter cette dépendance, et réduire les coûts écologiques de leur extraction. « Par ailleurs, une directive européenne va inciter d’une part à récupérer le lithium dans les batteries usagées (50 % d’ici à la fin de 2027 et 80 % d’ici à la fin de 2031) et d’autre part à inciter les fabricants à utiliser au moins 6% de lithium recyclé dans les nouvelles batteries. Dès 2031, ce règlement s’appliquera aussi à d’autres métaux stratégiques, avec des taux requis de 16 % pour le cobalt, 85 % pour le plomb et 6 % pour le nickel(2), une raison de plus pour accélérer notre capacité à recycler ces objets », met en contexte Bruno Sialve.

Différents processus de recyclage déjà à l’épreuve
Plusieurs méthodes de recyclage sont déjà connues et éprouvées. D’abord, la pyrométallurgie qui consiste à fondre les résidus de batteries pour séparer les métaux par fusion. (…)

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Life RECYCLO : vers une meilleure gestion des ressources en eau | Un dossier Pop’Sciences

LLife RECYCLO : vers une meilleure gestion des ressources en eau | Un dossier Pop’Sciences

Alors que le recyclage des eaux usées est encore peu présent en Europe et en France, la start-up lyonnaise TreeWater lance un projet de recyclage des eaux usées à destination des blanchisseries. Avec Pop’Sciences, suivez toute l’aventure du projet Life RECYCLO.

Article rédigé en septembre 2022

Dans le cadre du projet européen Life RECYCLO, la société TreeWater, une start-up lyonnaise issue du laboratoire DEEP de l’INSA Lyon, développe un procédé de traitement et de recyclage des eaux usées pour le secteur de la blanchisserie. L’objectif ? Proposer une meilleure gestion des ressources en eau et réduire le déversement de substances polluantes dans le milieu aquatique. Un projet qui prend place en France, en Espagne  et au Luxembourg de 2021 à 2024.

Partenaire du projet de septembre 2021 à février 2024, Pop’Sciences vous propose de suivre toutes les avancées, les péripéties et les réussites de ce projet au sein de ce dossier mis à jour au fil de l’eau.

>> Le dossier :

Alors que le recyclage des eaux usées est encore peu présent en Europe et en France, la start-up lyonnaise TreeWater lance un projet de recyclage des eaux usées à destination des blanchisseries. Partenaire du projet, Pop’Sciences vous explique : découvrez le projet Life RECYCLO.

Pop’Sciences vous emmène découvrir les coulisses de la fabrication du système de recyclage des eaux usées, un procédé innovant. Suivez pas à pas le développement de la technologie RECYCLO.

Dans le cadre de ce projet, s’est posée la question suivante : cela est-il acceptable, à la fois pour les gérants et les clients de blanchisseries, de laver du linge avec de l’eau recyclée ? Retrouvez dans cet article les résultats de l’enquête sur la perception sociale du projet.

Des enjeux de la protection de l’eau à la mise en place du premier prototype, l’aventure du projet Life RECYCLO a été filmée et a donnée lieu à un documentaire en 3 épisodes.

>> Retrouvez toutes les ressources du dossier :

 Life RECYCLO | Un dossier Pop’Sciences

Recycler les eaux usées de blanchisseries : le projet Life RECYCLO | #1 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

RRecycler les eaux usées de blanchisseries : le projet Life RECYCLO | #1 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

Alors que le recyclage des eaux usées est encore peu présent en Europe et en France, la start-up lyonnaise TreeWater lance un projet de recyclage des eaux usées à destination des blanchisseries. Partenaire du projet, Pop’Sciences vous explique.

Article rédigé en février 2022

42 millions de m3 par an, c’est la quantité d’eau utilisée dans le secteur de la blanchisserie en Europe. Un chiffre non-négligeable, d’autant plus dans un contexte de réchauffement climatique où cette ressource va être amenée à être réduite drastiquement. C’est pour tenter de répondre à ce problème que le projet Life RECYCLO a vu le jour. Lancé en septembre 2021 par la société TreeWater, il fait partie du programme LIFE de la Commission européenne, qui finance les initiatives dans les domaines de l’environnement et du climat. Il a pour objectif de mettre en place un système de traitement des eaux usées de blanchisseries pour les recycler et pouvoir ensuite les réutiliser.

Selon la Commission européenne, les pénuries d’eau vont être amenées à augmenter de 50 % en Europe d’ici 2030. En France, nous en consommons actuellement 148 litres par jour et par personne. Une fois utilisées, les eaux sont traitées puis rejetées dans le milieu naturel. Mais elles ne sont que très rarement recyclées. Dans le monde, la réutilisation des eaux usées est très hétérogène selon les pays. Ce sont généralement les états pour lesquels cette ressource est limitée qui utilisent davantage des procédés de recyclage. Mexico réemploie, par exemple, près de 100 % de ses eaux usées pour l’irrigation. En Israël, le taux de réutilisation atteint 80 %. Mais ces exemples ne sont pas majoritaires. En Europe, alors que l’Espagne et l’Italie réutilisent respectivement 8 et 14 % de leurs eaux, la France n’en réemploie que moins de 1 %. En France, comme dans le monde, le principal usage de ce recyclage est l’irrigation agricole.

Recycler les eaux de blanchisseries

On dénombre environ 11 000 blanchisseries en Europe. Leurs eaux usées finissent le plus généralement dans les réseaux d’assainissement publics et ne sont que très peu réutilisées. Le lavage du linge conduit à l’émission de micropolluants tels que les phtalates (DEHP, DEP…), les phénols, les métaux lourds, les solvants ou les surfactants. Et les stations d’épuration ne sont très souvent pas adaptées au traitement de ces molécules particulières, qui terminent alors leur trajet dans notre environnement. Or, même à faible concentration, ces polluants affectent directement le milieu aquatique, les écosystèmes et donc notre santé. Plusieurs de ces substances sont ainsi des perturbateurs endocriniens, cancérogènes et mutagènes.

Station d’épuration © Shutterstock

Le projet Life RECYCLO propose de traiter les micropolluants présents dans les eaux usées de blanchisserie afin de permettre leur réutilisation dans le processus de lavage du linge. Le procédé RECYCLO est un système d’oxydation avancée, qui associe le peroxyde d’hydrogène et les rayons ultraviolets. Ces derniers vont transformer le peroxyde d’hydrogène en radicaux hydroxyles : ce sont alors eux qui vont détruire les polluants. Les rayons UV désinfectent également l’eau en parallèle. Ce procédé a pour objectif de réduire la consommation d’eau potable des blanchisseries de 50 à 80 %, mais également d’éliminer 90 % des polluants rejetés par le lavage du linge. D’autres procédés de recyclage existent et sont développés en France et dans le monde. Celui de TreeWater présente notamment les avantages de ne produire que peu de résidus de traitement et de dégrader directement les polluants organiques, contrairement à d’autres technologies qui ne font que les enlever.

Des tests, des analyses et une enquête sociologique

Après une première expérimentation réussie dans une blanchisserie du Gard, la Blanchisserie Saint-Jean, ce système breveté poursuit son développement. Le but de ce projet est alors d’achever son industrialisation et de tester sa reproductibilité. Il sera ainsi mis en place dans deux autres blanchisseries : la Fundacio Mas Xirgu en Espagne et Klin SARL au Luxembourg. Le système de la Blanchisserie Saint-Jean sera, quant à lui, transformé en laboratoire in-situ pour préparer le procédé aux nouvelles pollutions émergentes, comme les micro et les nanoplastiques. TreeWater, issue du laboratoire DEEP de l’INSA Lyon, et le Catalan Institute for Water Research de Gérone vont alors réaliser des analyses pour étudier l’efficacité du procédé.

En parallèle de ces essais techniques, une enquête sociologique sera également menée auprès de blanchisseries et de leur clientèle pour évaluer leur perception de la réutilisation des eaux usées dans ce contexte. Cette enquête est alors conduite par Pop’Sciences, qui s’occupe également de la communication de ce projet, à l’interface entre sciences et société.

Le premier prototype sera mis en place à la fin de l’été 2022. Les deux autres prototypes seront installés au début de l’année 2023. Ils seront, ensuite, suivis et étudiés de très près. Les résultats de l’enquête sont, eux, prévus pour l’automne 2022. Un projet à suivre jusqu’en 2024 !

>> Pour suivre toute l’actualité du projet :

Site de Life RECYCLO

Vous souhaitez savoir comment fonctionne une machine à recycler l’eau : cliquez ici

PPour aller plus loin

Sommes-nous d’accord pour laver notre linge avec de l’eau recyclée ? | #3 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

SSommes-nous d’accord pour laver notre linge avec de l’eau recyclée ? | #3 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

Le projet Life RECYCLO a pour objectif de développer un procédé de recyclage des eaux usées adapté au secteur de la blanchisserie. Dans le cadre de ce projet, s’est alors posée la question suivante : cela est-il acceptable, à la fois pour les gérants et les clients de blanchisseries, de laver du linge avec de l’eau recyclée ?

Article rédigé en septembre 2022

Dans le cadre du projet européen Life RECYCLO, la société TreeWater, une start-up lyonnaise issue du laboratoire DEEP de l’INSA Lyon, développe un procédé de traitement et de recyclage des eaux usées pour le secteur de la blanchisserie. L’objectif ? Proposer un procédé qui éliminera plus de 90 % des polluants issus des eaux de lavage de blanchisseries, et qui recyclera 50 à 80 % de ces eaux, pour qu’elles puissent être réutilisées par ces mêmes entreprises dans leur processus de nettoyage.

Une enquête sociale

Au sein de ce même projet, il a été décidé de mener une enquête de perception auprès d’acteurs de la blanchisserie afin de mesurer leur degré de sensibilisation à la nécessité de préserver l’eau, mais également de mesurer le degré d’acceptation d’un procédé de recyclage des eaux usées. Organisée par Pop’Sciences, cette enquête a été menée de février à juin 2022 dans toute l’Europe. Elle visait alors à interroger des gérants de blanchisseries, mais aussi leurs clients, ainsi que des acteurs clés du secteur de l’eau et de la blanchisserie, tels que des membres de l’Agence de l’eau ou des représentants de syndicats du textile européens.

Cette consultation a été conduite selon les méthodes de la psychologie sociale par le cabinet AD-HOC Lab. Elle s’est déroulée en deux étapes : une première phase d’entretiens avec 18 personnes, suivie de la diffusion d’un questionnaire pour obtenir des données quantitatives. Au total, 66 réponses exploitables ont été recueillies avec ce questionnaire. Si les résultats de cette étude ne sont pas généralisables, ils donnent néanmoins les tendances de ce secteur.

Une conscience environnementale

Êtes-vous sensibles à la préservation de l’environnement ? Cela a été la première interrogation de cette consultation. Et la réponse est alors quasi unanime : oui ! La protection de l’eau n’est alors pas en reste. Pour 94 % des répondants, la préservation de l’eau est un enjeu important dans leur vie personnelle. Les participants vivant dans le sud de la France ou en Espagne sont d’autant plus sensibles à ces questions qu’ils sont déjà impactés par des pénuries d’eau. De nombreuses personnes interrogées rapportent avoir mis en place des actions dans leur quotidien pour préserver cette ressource. « Nous sommes en train de construire une maison avec ma conjointe et nous allons faire installer une citerne d’eau dans le jardin pour les toilettes, les machines à laver, l’arrosage du jardin », relate un participant.*

La blanchisserie : un secteur à améliorer

Suivant cette tendance, l’impact des blanchisseries sur l’environnement est alors perçu de manière négative, autant par les clients que par les gérants de blanchisseries eux-mêmes. Ils sont ainsi d’accord sur le fait que cet impact négatif est principalement dû à la consommation d’eau trop importante de cette activité. Sont, ensuite, mis en cause le rejet de matières polluantes et la consommation énergétique de ces entreprises.

Pour contrer cela, 71 % des gérants estiment mettre en place des actions pour avoir un fonctionnement éco-responsable. Cela passe, par exemple, par l’utilisation de produits de lavage écologiques, l’achat de machines moins consommatrices en eau ou une attention portée à l’utilisation de l’énergie.

Un procédé de recyclage attractif

Le procédé proposé par Life RECYCLO attire ainsi l’intérêt de tous : 82 % des gérants le trouvent intéressant et 93 % des clients sont prêts à recourir aux services d’une blanchisserie utilisant une telle technologie. La plupart des personnes interrogées se disent confiantes dans ce type de procédé. Et les promesses de cette technologie leur apparaissent comme satisfaisantes, tant au niveau des économies d’eau que pour les économies financières qu’elles pourraient engendrer. Pour les gérants, ces économies apparaissent ainsi comme le facteur principal pouvant motiver la mise en place d’un procédé de recyclage. La motivation d’ordre environnementale est aussi un facteur important.

Du point de vue des clients, le facteur économique est également un élément majeur. L’impact environnemental n’arrive qu’en quatrième position. Il y a, en effet, sur ce point-là une certaine ambivalence dans les réponses. Lors des entretiens, certains ont fait remarquer que si les blanchisseries consomment moins d’eau, alors ils espèrent que le prix va diminuer. Néanmoins, lors de la diffusion des questionnaires, 83,3 % des répondants se déclarent prêts à payer plus cher un service en blanchisserie pour que celle-ci réduise sa consommation d’eau.

Des freins économiques

Bien que ce procédé intéresse, les personnes interrogées ont soulevé un certain nombre de problématiques liées à la mise en place d’un tel procédé. Du point de vue des gérants, le principal problème est alors le coût initial. Tous les acteurs du secteur de la blanchisserie ont ainsi soulevé l’importance des aides financières gouvernementales pour inciter à la mise en place de ce procédé. Elles permettraient notamment d’offrir l’accès aux moyennes et petites blanchisseries, pour lesquelles le prix pourrait être une véritable barrière. Un représentant du syndicat du textile européen a ainsi souligné : « Je pense qu’il est clair qu’il est nécessaire de traiter l’eau. Mais si vous êtes une grosse entreprise, vous pouvez investir, alors que si vous êtes de petite taille, cela sera difficile. Et avec l’augmentation actuelle du gaz et de l’électricité, votre priorité est d’abord de survivre. Ils ne peuvent pas s’occuper de changements écologiques, s’ils ne peuvent pas survivre. »*

Gérants, comme clients, ont également soulevé le besoin de preuves de l’efficacité du procédé, notamment pour être certains que cela ne dégrade pas la qualité de lavage du linge. L’accréditation de la technologie par un label a, ainsi, été fortement recommandée. Il sera donc nécessaire de démontrer l’efficience de la technique pour tout procédé de recyclage. Il s’agit alors de l’un des principaux objectifs du projet Life RECYCLO, au sein duquel la technologie sera testée jusqu’en 2024.

Prêts à recycler l’eau

Utiliser de l’eau recyclée pour le lavage du linge semble donc mettre d’accord les participants de l’enquête. Les consciences sont déjà éveillées concernant la nécessité de préserver l’eau. Et les solutions pour garantir sa protection sont donc bien accueillies. Le principal frein a la mise en place et à l’utilisation réelles de ce type de procédé semble donc économique.

En France, des aides existent pour l’installation de telles technologies. Et Treewater proposera notamment d’accompagner les entreprises dans leurs recherches pour contribuer à la mise en place de ce procédé. Ils ont également pour objectif de maintenir un coût le plus faible possible pour cette technologie, pour permettre son accès aux petites blanchisseries.

* Les citations au sein de cet article proviennent directement de l’enquête et sont donc anonymisées.

 

Recyclage de l’eau : de la théorie à la pratique | #4 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

RRecyclage de l’eau : de la théorie à la pratique | #4 Dossier Pop’Sciences Life RECYCLO

Depuis 2021, le projet européen Life RECYCLO expérimente un procédé de recyclage des eaux usées pour la blanchisserie, développé par l’entreprise Treewater. Partenaire du projet de septembre 2021 à février 2024, Pop’Sciences a produit un documentaire en 3 épisodes sur cette aventure. Des enjeux de la protection de l’eau à la mise en place du premier prototype, découvrez ce projet en vidéo.

  • Épisode 1 : Dépolluer les eaux industrielles

La ressource en eau est aujourd’hui menacée, autant en termes de quantité que de qualité. Une menace pour l’humanité, mais également pour l’environnement. Des enjeux qui nous invitent à penser de nouveaux usages de l’eau…

  • Épisode 2 : Du laboratoire au prototype

Le recyclage des eaux peut être une solution. Retour sur le procédé technique développé par Treewater pour répondre à ces enjeux de consommation et de pollution de la ressource dans le milieu de la blanchisserie industrielle.

  • Épisode 3 : Un prototype en conditions réelles

En octobre 2023, un premier prototype est implanté dans la blanchisserie GRUPFRN, partenaire du projet, à Gérone (Espagne). Il sera suivi de prêt par Treewater et l’ICRA, l’Institut catalan de recherche sur l’eau, pour analyser ses performances.

Vidéos produites par Pop’Sciences et réalisées par Animal Pensant, avec le soutien du programme LIFE de la Commission européenne, dans le cadre du projet Life RECYCLO.

Pour suivre la suite du projet :

 Life RECYCLO

Pour en savoir plus :

 Life RECYCLO | Dossier Pop’Sciences

Transformer les plastiques recyclés en appareillages orthopédiques pour les populations vulnérables

TTransformer les plastiques recyclés en appareillages orthopédiques pour les populations vulnérables

D’après l’OMS, seulement 5 à 15 % des personnes ayant besoin d’un appareil orthopédique y ont accès dans les pays à faibles revenus ou en contexte de guerre. Pour pallier ce constat, Handicap International a intégré l’impression 3D sur ses territoires d’intervention depuis 2017. Aujourd’hui, l’organisation non gouvernementale se voit confrontée à des problématiques logistiques coûteuses, liées à l’importation de la matière première depuis l’Europe. Et s’il était désormais possible de fabriquer des appareillages orthopédiques à base de plastiques recyclés, trouvés localement ?

Au sein de l’INSA Lyon, Valentine Delbruel, ingénieure INSA et doctorante, travaille sur l’optimisation de la composition d’un plastique recyclé, qui pourrait convenir à la fabrication additive d’orthèses : une façon de lutter contre la pollution plastique tout en rendant plus accessibles les solutions orthopédiques. Réalisés en collaboration avec Handicap International et trois laboratoires de l’INSA Lyon (MatéIS, IMP et LaMCoS), les travaux de la doctorante serviront aux équipes terrain d’Handicap International.  

L’impression 3D : une innovation pratique mais une logistique difficile
Traditionnellement réalisés par thermoformage, les appareillages orthopédiques relèvent d’un procédé de fabrication long et coûteux. Dans les zones où l’accès aux centres de soin est déjà difficile, les aller-retours nécessaires aux ajustements et le temps de rééducation sont des freins supplémentaires, rallongeant la procédure de soin de plusieurs semaines pour une prothèse. Depuis 2017, Handicap International utilise l’impression 3D pour pallier ce problème. Les fabrications sont facilitées, plus rapides et personnalisables à chaque patient. « L’impression 3D a changé la façon de prendre les mensurations des patients car elles peuvent être prises à distance grâce à un scanner 3D », explique Valentine Delbruel. « Seulement, ce type de fabrication nécessite des filaments composés de plastique qui sont actuellement fabriqués en Europe. Cela pose des problèmes logistiques, notamment aux niveaux des frontières. En constatant cette problématique rencontrée par ses équipes, Handicap International s’est interrogé : est-il possible de continuer à faire de l’impression 3D, avec des matières plastiques locales, si possible recyclées ? »

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Des emballages jetables, compostables et comestibles

DDes emballages jetables, compostables et comestibles

Le plastique n’est plus du tout fantastique : omniprésent, on le sait désormais nocif pour l’environnement, la santé humaine et les écosystèmes. Seulement, le plastique est pratique. Ou tout du moins, l’emballage jetable l’est pour bon nombre de situations de la vie courante.

Pierre-Yves Paslier, diplômé du département matériaux de l’INSA Lyon, a fondé l’entreprise « Notpla ». Avec elle, il met en évidence un fait : dans la nature, l’emballage existe et ne dure jamais plus longtemps que son contenu, comme la peau d’un fruit. L’entreprise de l’ingénieur-produit a trouvé la recette pour fabriquer des emballages jetables et même comestibles à partir d’algues. L’innovation a récemment été récompensée par le Prince William, à travers le Earthshot Prize 2022, dans la catégorie « Construire un monde sans déchets ».

La décomposition du déchet à base d’algues est très rapide. © Notpla

Avec « Notpla », vous introduisez une innovation de taille dans le monde du packaging : remplacer le plastique des emballages jetables par un matériau biosourcé, l’algue. Pourriez-vous résumer ?

Nos produits sont des emballages dits « jetables » dédiés à la consommation instantanée ou hors de chez soi comme les repas à emporter ou les snacks pendant les évènements sportifs. Nous avons souhaité nous concentrer sur l’industrie du déchet jetable car c’est souvent celui qui est le plus à même de se retrouver directement dans la nature. À la différence du packaging plastique ou carton généralement utilisés dans ces cas-là, nos solutions sont naturellement biodégradables puisqu’elles sont fabriquées à base d’algues. L’idée était de ne pas produire un déchet que la nature ne pourrait pas gérer. Concrètement, il suffit de mettre l’emballage au compost ou même, de le manger pour que celui-ci disparaisse ! (…)

>> Lire la suite de l’interview sur le site :

Insa lyon

Festival entre Rhône et Saône 2023

FFestival entre Rhône et Saône 2023

Réjouissant festival que celui qui propose de se pencher au-dessus de nos cours d’eau, d’en percer les mystères, de profiter de leurs bienfaits, de s’engager à ne plus les abîmer. Pour la 2e vague du Festival Entre Rhône et Saône, les maîtres-mots restent « découvrir, célébrer, protéger ». Allez, on y replonge !

Du 30 juin au 2 juillet, ce plus de 340 animations portées par de nombreux acteurs du territoire : associations, artistes, institutions culturelles de la Ville, entreprises mécènes et habitants eux-mêmes.

Parmi ce joyeux programme, les sciences sont au rendez-vous ! Des chercheur.e.s, étudiants et médiateurs scientifiques vous feront redécouvrir l’eau sous le prisme de nombreuses disciplines, telles que la biodiversité, le recyclage, le climat, l’aménagement du territoire… :

>> Consultez le programme complet du festival sur le site :

Festival entre rhône et saône

Dans les pays en zone de conflits, des appareillages orthopédiques imprimés en 3D à partir de matériaux recyclés

DDans les pays en zone de conflits, des appareillages orthopédiques imprimés en 3D à partir de matériaux recyclés

Impression 3D d’orthèse à Lomé au Togo. Crédit : X. Olleros, Handicap International.

 

Dans les pays à faibles revenus ou en contexte de conflit, seulement 5 à 15 % des personnes ayant besoin d’un appareillage orthopédique y ont accès. En effet, les infrastructures et personnels de santé sont présents en ville et donc difficiles d’accès aux personnes vivant dans des zones rurales ou isolées. De plus, les délais et coûts de fabrication de la conception traditionnelle d’appareillages orthopédiques sont élevés et peu accessibles à tous.

Pour répondre aux problématiques présentes sur le terrain d’intervention, l’ONG Handicap International et le réseau d’écoles d’ingénieur INSA s’unissent depuis 2021, dans le cadre de la Chaire de Recherche « Innovation for Humanity ». L’objectif est de développer des solutions techniques adaptées aux situations dans les pays d’intervention, grâce aux connaissances de l’ONG dans le domaine de l’humanitaire et l’expertise scientifique du Groupe INSA et de ses laboratoires.

Grâce à l’Alliance « Innovation for Humanity », j’ai pu débuter ma thèse de doctorat en octobre 2021 sur l’impression 3D d’appareillages orthopédiques. L’objectif principal de ma thèse est d’utiliser des matériaux recyclés et locaux pour limiter le coût des appareillages orthopédiques et leur impact environnemental.

LL’impression 3D a un réel potentiel

Traditionnellement, les appareillages orthopédiques sont réalisés par thermoformage ou stratification par un orthoprothésiste qualifié. Il s’agit d’un procédé long et coûteux qui nécessite de réaliser d’abord un moule en plâtre du membre du patient. Le moule négatif est alors rempli de plâtre et transformé en un moule positif, qui reproduit la forme de la jambe du patient. Ce moule positif est ensuite rectifié pour corriger la posture du patient.

L’appareillage est fabriqué à partir de résine ou il est thermoformé à l’aide d’une plaque de polyéthylène ou polypropylène qui est chauffée pour prendre la forme du moule. Le patient devra alors se rendre plusieurs fois au centre orthopédique pour la réalisation du moule initial puis des ajustements, auxquels il faut ajouter un temps de rééducation. Au final, plusieurs semaines sont requises pour appareiller un patient, avec une prothèse (dispositif de remplacement) ou une orthèse (dispositif de correction).

Conception traditionnelle d’appareillage orthopédique. Crédit : C. Fohlen, Handicap International.

Depuis 2017, Handicap International utilise la fabrication additive, communément appelée impression 3D, pour réaliser des orthèses. Les pièces sont créées, couche par couche, à partir d’un filament en plastique fondu. Il est alors possible de concevoir des orthèses plus rapidement et à des prix plus accessibles. Pour cela, le scan 3D du membre du patient est réalisé à l’aide d’un scanner portatif. Puis, l’appareillage est conçu sur un logiciel de conception et imprimé en 10 à 20 heures. L’impression 3D permet d’aller au plus proche des personnes dans le besoin car le scan 3D du patient peut être pris à distance et envoyé au centre d’impression 3D, qui est encore centralisé. À terme, l’imprimante pourrait être emmenée sur place avec un simple véhicule. Finalement, les études d’Handicap International menées au Togo, Mali et Niger montrent que cette nouvelle technologie est très bien acceptée par les bénéficiaires et les personnels soignants.

Orthèse fabriquée par impression 3D au Togo. Crédit : Author provided, Handicap International.

Cependant, les filaments d’impression 3D utilisés viennent d’Europe et sont fabriqués à partir de matières vierges, ce qui alourdit les coûts financiers et environnementaux et entraîne des problèmes de logistique. Ainsi, Handicap International souhaite fabriquer son filament d’impression 3D directement dans les pays d’intervention, avec des matériaux locaux et recyclés.

PPour diminuer les coûts, l’intérêt du recyclage

Nous nous sommes alors intéressés au recyclage des déchets plastiques, qui sont présents partout dans le monde. Dans les pays en voie de développement, les déchets sont un réel problème pour les populations et les écosystèmes car ils finissent dans la nature à cause d’une gestion limitée. Cependant, les plastiques recyclés peuvent désormais être utilisés en impression 3D. Pour cela, les déchets plastiques seraient collectés, triés, nettoyés, broyés, séchés, extrudés (fondus) en filaments qui pourraient ensuite être imprimés en 3D. Les coûts de fabrication et l’impact écologique liés à la fabrication du filament d’impression 3D seraient alors réduits et il serait ainsi possible de lutter contre la pollution plastique.

Les défis sont donc nombreux. Nous devons d’abord trouver des matériaux qui soient à la fois disponibles, recyclables et imprimables, tout en respectant un cahier des charges complexe en termes de résistance mécanique et de fiabilité, afin de répondre aux besoins des orthoprothésistes. Ensuite, nous devons pouvoir créer un filament recyclé de qualité. Le challenge est de taille car les matières recyclées présentent souvent des impuretés (charges métalliques ou minérales, mais aussi d’autres polymères) alors qu’il est primordial de garder un filament de diamètre constant tout au long de l’impression.

Trois matériaux ont été retenus au début de cette étude :

  • le Polyéthylène Téréphtalate (PET), que l’on retrouve dans les bouteilles plastiques dont les gisements de déchets sont très nombreux, notamment dans les pays en développement où l’accès à l’eau potable est limité. Ce matériau a l’avantage d’être recyclable et imprimable, ainsi que d’avoir de très bonnes propriétés mécaniques.
  • le Polyuréthane Thermoplastique (TPU), qui est de plus en plus utilisé dans le domaine du sport et de la santé pour sa flexibilité. Il présente un grand potentiel en orthopédie pour le confort qu’il peut apporter aux utilisateurs d’orthèses. De plus, il est recyclable et facile à imprimer en 3D. Cependant, c’est un matériau onéreux et il ne possède pas de filière de recyclage.
  • le Polypropylène (PP) est traditionnellement utilisé en orthopédie technique. C’est un polymère recyclable qui est présent notamment dans nos emballages du quotidien, pour l’alimentaire ou l’hygiène. En revanche, il est difficile à imprimer car l’adhésion entre les premières couches et le plateau d’impression est mauvaise. Ce problème peut toutefois être surpassé par un choix rigoureux des paramètres d’impression 3D.

Ainsi, nous avons travaillé avec des filaments de PET et TPU recyclés, élaborés respectivement à partir de bouteilles plastiques et de chutes de l’industrie de la chaussure. De plus, nous avons fabriqué notre propre filament en PP. Pour cela, nous avons utilisé les matières recyclées par l’entreprise PAPREC, qui sont issues du tri sélectif. Nous les avons transformées en filament avec l’entreprise ENKY 3DP, spécialisée dans la fabrication de filament d’impression 3D. Nous avons alors obtenu un filament de qualité avec de très bonnes propriétés mécaniques.

Ensuite, nous avons imprimé des orthèses avec les trois polymères, afin d’étudier le panel de propriétés mécaniques qu’il est possible d’obtenir. Comme les matériaux n’ont pas le même comportement mécanique (le PET est rigide, le PP est semi-rigide et le TPU est flexible) nous avons aussi fait varier l’épaisseur de l’orthèse qui agit fortement sur sa raideur.

Orthèses imprimées à partir de PET, PP et TPU. Crédit : V. Delbruel, INSA et Handicap International.

Nous avons ensuite testé mécaniquement les orthèses pour déterminer leur raideur, qui conditionne le support apporté par l’appareillage à l’utilisateur de l’orthèse. Pour cela, nous avons conçu un banc d’essai qui reproduit la flexion du pied durant la marche. En parallèle, nous avons développé un modèle numérique qui reproduit l’essai mécanique et nous permet d’approfondir nos analyses et d’étudier par exemple les zones qui sont les plus sollicitées dans l’orthèse pendant la marche.

Essais mécaniques et simulations numériques. Crédit : V. Delbruel, INSA et Handicap International.

Nous obtenons alors des orthèses avec des raideurs très différentes : plus le matériau est rigide et plus l’orthèse est épaisse, plus cette dernière sera rigide et bloquera les mouvements de la jambe. Nous avons également remarqué que nous obtenons une proportionnalité entre la raideur et l’épaisseur de l’orthèse, ainsi que la rigidité du matériau. Ce résultat pourrait à terme aider les orthoprothésistes dans leur travail, en leur permettant de choisir la raideur de l’orthèse dès sa conception, afin de répondre au mieux aux besoins du patient.

Finalement, les orthèses en PET ou TPU recyclés ne permettent pas de répondre aux besoins d’Handicap International. Ainsi, nous avons retenu le PP recyclé comme matériau d’étude. Nous souhaitons désormais étudier sa résistance au vieillissement naturel, en reproduisant les conditions climatiques des pays d’intervention d’Handicap International, ainsi que sa résistance en fatigue, pour représenter les sollicitations mécaniques répétées de la marche.

IIl reste à aller sur le terrain

Une étude sera menée prochainement sur le terrain, dans les pays d’intervention d’Handicap International, pour étudier les gisements de déchets en PP présents sur place et leur qualité. Nous irons également à la rencontre d’entreprises de recyclage pour découvrir leur fonctionnement et évaluer la façon dont nous pourrions travailler ensemble. Ce sera aussi l’occasion de rencontrer les bénéficiaires d’orthèses et les personnels soignants présents sur place, et d’ajuster la recherche menée à l’INSA en fonction de leurs besoins. Vous pouvez suivre les avancées du projet sur mon blog « Impressions de thèse ».The Conversation

 

Autrice : Valentine Delbruel, Doctorante en Science des Matériaux, INSA Lyon – Université de Lyon

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original :

The conversation

Déplastifier le monde | Pop’Sciences Mag#11

DDéplastifier le monde | Pop’Sciences Mag#11

Matériau polymère aux propriétés exceptionnelles, omniprésent dans l’ensemble des secteurs d’activité de nos sociétés modernes et mondialisées, il n’aura fallu qu’un demi-siècle au plastique pour devenir indispensable, mais également proliférer au point de générer une pollution qui semble hors de contrôle.

Nous sommes addicts au plastique. Chaque seconde l’activité humaine engendre 10 tonnes de ce matériau. Sur les 460 millions de tonnes de matières plastiques générées en 2019, à peine 20 % ont été recyclés, un quart incinérés, le reste a été jeté en décharge ou perdu dans l’environnement.

La métaphore de l’iceberg s’applique parfaitement à la pollution engendrée par ces matériaux. La partie émergée correspond à la pollution visible : celle qui flotte ou s’enfonce dans les eaux du globe, vole au vent, se coince sur les bas-côtés des routes… La partie immergée, plus grande et invisible, se compose d’une gigantesque masse de microparticules que les scientifiques peinent encore à quantifier, mais à propos de laquelle ils s’accordent à dire qu’elle s’immisce à chaque recoin de notre planète : dans l’air, au sommet des massifs et au sein-même des organismes vivants… humains compris.

Dès lors, nous avons souhaité mobiliser les savoirs actuels de scientifiques de nombreuses disciplines pour comprendre l’ensemble de la chaîne de production et de distribution des plastiques, et de gestion de leurs déchets, mais également pour dessiner les contours d’un monde qui pourrait se défaire de sa
dépendance aux plastiques.

Ce nouveau numéro du Pop’Sciences Mag croise les regards de physiciens, géographes, historiens, chimistes et sociologues pour tenter de répondre à une problématique plus complexe qu’il n’y paraît : sommes-nous capables d’enrayer la prolifération indomptée de plastique dans l’environnement ?

Isabelle Bonardi
Directrice Culture, Sciences et société – ComUE Université de Lyon

Avec la participation des instituts et établissements suivants : Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail, Centre de documentation, de recherche et d’expérimentations sur les pollutions accidentelles des eaux, École Centrale de Lyon, École Urbaine de Lyon, Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (Inrae), Institut national des sciences appliquées (INSA) Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université d’Aix-Marseille, Université Jean Monnet Saint-Étienne, Université de Liège, Université Lumière Lyon 2, Université de Picardie – Jules Verne, Université de Reims.

>> Découvrir le magazine en ligne :

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