Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 1 PCT/FR2020/051880
DESCRIPTION
Titre : NETTOYAGE ET DÉPOLLUTION DES FIBRES ISSUES DES MÉGOTS
DE CIGARETTES USAGÉS PAR MISE EN CONTACT AVEC UN FLUIDE
SUPERCRITIQUE ET RECYCLAGE DES FIBRES DÉPOLLUÉES
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine du nettoyage des mégots de
cigarettes, et plus
particulièrement le nettoyage et la dépollution des fibres provenant des
filtres des mégots de
cigarettes fumées.
Un des objectifs de la présente invention est de réduire l'impact des mégots
de cigarettes
fumée sur l'environnement en nettoyant/dépolluant les fibres issues des mégots
de cigarettes
et en valorisant ces fibres en fabriquant des produits éco-conçus.
L'objet de la présente invention porte ainsi sur un procédé et une
installation de nettoyage
exploitant la technologie des fluides supercritiques pour dépolluer les fibres
provenant des
filtres de mégots de cigarettes fumées. L'objectif est d'extraire les
substances toxiques
accumulées lors de la combustion, rendant les mégots dangereux, afin de
purifier la fibre du
filtre d'acétate de cellulose pour la recycler.
L'objet de la présente invention porte également sur le recyclage et la
réutilisation des fibres
dépolluées obtenues à l'issue d'un tel nettoyage.
La présente invention trouvera de nombreuses applications avantageuses en
proposant aussi
bien aux industriels qu'aux collectivités une technologie de dépollution des
mégots de
cigarettes simple à mettre en oeuvre et respectueuse de l'environnement.
Art antérieur
On sait que les mégots de cigarettes, une fois les cigarettes fumées, sont
classés comme
déchets dangereux au titre des propriétés HP6 (toxicité aigüe) par calcul et
HP14 (écotoxicité)
par essais d'écotoxicité.
La concentration en nicotine dans le mégot représente le principal élément à
l'origine de ce
classement.
Outre cette toxicité, les mégots de cigarettes représentent l'un des déchets
les plus importants
dans le monde avec plus de 4 300 milliards de mégots jetés chaque année dans
la nature ; ceci
représente à titre illustratif près de 40% des déchets présents dans les
océans.
On notera ici qu'un mégot de cigarette se décompose dans la nature après
environ 15 ans;
durant cette période, le mégot pollue jusqu'à 500 litres d'eau à lui seul.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 2 PCT/FR2020/051880
Pour ces raisons, le recyclage des mégots de cigarettes est devenu un
véritable enjeu
écologique et environnemental.
Cependant, malgré cette toxicité avérée et des chiffres alarmants, le
Demandeur constate que
très peu de moyens ont été déployés jusqu'à présent pour la mise en oeuvre du
recyclage des
mégots de cigarettes, ceci tant pour des raisons techniques, financières et/ou
écologiques/environnementales.
On connaît notamment le document FR 17 54267 Al qui porte sur le recyclage des
mégots.
Dans ce document, le recyclage comprend une étape de nettoyage essentiellement
à base
d'eau.
On connaît également le document US 55 04119 A qui porte sur le recyclage des
déchets
provenant de la fabrication de cigarettes ; dans ce document, on utilise
également une étape de
nettoyage à base d'eau.
Les techniques de dépollution des mégots de cigarettes impliquant un nettoyage
à base d'eau
(par trempage, aspersion, essuyage, etc.) requièrent nécessairement une étape
additionnelle de
traitement et de filtrage de l'eau polluée qui a servi pour le nettoyage.
Ceci rend le procédé coûteux et fastidieux.
Le Demandeur soumet en outre que certaines substances toxiques présentes dans
les mégots
ne peuvent pas se solubiliser dans l'eau de sorte que les performances
associées à ce type de
technologie ne sont pas satisfaisantes.
D'autres technologies sont proposées pour le recyclage des mégots de
cigarettes comme par
exemple celle proposée dans le document WO 2019167054 Al qui propose un
recyclage des
mégots de cigarettes utilisant des absorbants naturels tels que par exemple de
la terre pour
nettoyer la fibre des mégots de cigarettes et fabriquer des tampons
hygiéniques ; un tel
document vise principalement à améliorer les conditions sanitaires dans des
pays défavorisés.
En revanche, l'enseignement technique de ce document ne s'applique pas au
nettoyage et à la
dépollution des mégots de cigarettes.
Le Demandeur soumet, après de nombreuses recherches sur le sujet, qu'il
n'existe pas à ce
jour de solution fiable et performante assurant un nettoyage et une
dépollution à grande
échelle et à moindre des coûts pour nettoyer et dépolluer les mégots de
cigarettes afin de
recycler les fibres et notamment les fibres d'acétate de cellulose.
Résumé de l'invention
La présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 3 PCT/FR2020/051880
La présente invention vise plus particulièrement à remédier à au moins un des
différents
inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant une technique de nettoyage et
de
dépollution innovante mettant en oeuvre une mise en contact desdits mégots
avec un fluide
dense sous pression, et notamment un fluide à l'état supercritique.
A cet effet, l'objet de la présente invention concerne selon un premier aspect
un procédé de
nettoyage de mégots de cigarettes comprenant les étapes suivantes :
- un traitement des mégots pour en extraire des fibres à dépolluer ; et
- une dépollution des fibres à dépolluer par une mise en contact de celles-
ci avec un
fluide dense sous pression, de préférence un fluide à l'état supercritique,
dit fluide
supercritique.
On comprend ici que le nettoyage selon la présente invention porte sur le
nettoyage d'un
mégot de cigarette consommée ; en d'autres termes, le nettoyage porte sur le
filtre du mégot
une fois que la cigarette a été fumée.
Comme indiqué dans le préambule, le mégot de la cigarette fumée présente une
concentration
en nicotine élevée ; c'est cette nicotine qui représente ici le principal
élément de toxicité et
c'est donc cette nicotine qu'on cherche à nettoyer pour dépolluer la fibre
afin de la réutiliser.
La mise en contact d'un fluide dense sous pression, de préférence un fluide
supercritique,
avec les fibres à dépolluer permet d'extraire desdites fibres une très grande
majorité, voire la
totalité, des substances toxiques et des odeurs accumulées dans les filtres de
cigarette classant
cette fibre toxique.
Le fluide dense sous pression (de préférence un fluide amené à l'état
supercritique) joue le
rôle d'un puissant solvant notamment pour les composés organiques comprenant
des
contaminants et des polluants.
Une telle extraction des substances toxiques et des odeurs accumulées dans les
filtres de
cigarette par une technologie de fluide dense sous pression (et notamment de
fluide
supercritique) permet une dépollution des fibres ; après dépollution, ces
fibres deviennent
propres et sont aptes à être réutilisées pour de nouveaux matériaux et/ou
d'autres applications.
De telles fibres dépolluées sont appréciées notamment pour leurs propriétés
thermiques et/ou
phoniques, leurs capacités filtrantes et/ou leurs propriétés mécaniques.
L'utilisation d'un fluide dense sous pression ou d'un fluide supercritique est
avantageuse en
ce qu'elle ne nécessite aucun post-traitement après dépollution, contrairement
aux techniques
de nettoyage à base d'eau qui requièrent un traitement de l'eau de nettoyage
contaminée.
Le passage du fluide d'un état dense sous pression, de préférence à l'état
supercritique, à l'état
gazeux permet ensuite au fluide de relâcher les contaminants automatiquement
afin qu'il
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 4 PCT/FR2020/051880
puisse être utilisé à nouveau et recyclé en continu. Ainsi, le nettoyage ne
génère que très peu
d'effluent et se réalise en circuit fermé. A titre d'exemple, la dépollution
de 30 litres de fibre
générera seulement 0,1 litre d'effluent à traiter représentant le concentré
des substances
toxiques extraites. Ce ratio est très intéressant et permet d'appliquer ce
procédé à grande
échelle facilement.
La fibre des mégots ainsi dépolluée peut ensuite être transformée en produit
semi-fini ou fini
sous différentes formes pour devenir un matériau éco-conçu utilisable dans
plusieurs
domaines. On comprendra qu'en fonction du domaine d'application, le niveau de
nettoyage et
de purification de la fibre peut varier en fonction des exigences et des
normes appliquées aux
domaines.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé selon la présente invention
comprend une
phase initiale de collecte des mégots au cours de laquelle on collecte des
mégots.
Une telle collecte peut être réalisée par des particuliers, des associations,
des collectivités, des
entreprises et/ou des industriels, notamment des industriels exerçant dans le
domaine de la
fabrication de cigarettes.
Une telle collecte peut ainsi être organisée aussi bien au niveau local qu'au
niveau national.
Avantageusement, les fibres des mégots de cigarettes comprennent des fibres
d'acétate de
cellulose. La réutilisation de ces fibres d'acétate de cellulose, une fois
dépolluées, est
appréciée pour les applications de type par exemple :
- des articles d'habillement textiles (rembourrage isolant de manteau,
matelassage isolant, fils
de couture, tissus, laine à utiliser dans la création d'habits ou d'objets à
base de textile :
matelas, coussin, duvet, chapeau, couvre-chef, sac à main...) ;
- des matériaux d'isolation thermique et/ou phonique (bâtiment,
électronique, automobile :
isolant batterie lithium de véhicule électriques, aéronautique, constructions
navales, etc.) ;
- des matériaux filtrants (liquide, gaz, etc.) ;- de matériaux pour le
paillage extérieur /
géotextile : toile, plaque, etc. (la matière dépolluée redevient une fibre
naturelle biodégradable
pouvant être utilisée dans la nature (aux pieds des arbres par exemple,
etc...).
Ces matériaux sont réalisés sous forme de plaques fibreuses ou de fibres en
vrac conformes
aux normes du domaine d'utilisation.
Elle est aussi appréciée dans le domaine de la plasturgie afin de créer de
nouveaux matériaux
solides éco-conçus avec ou sans mélange.
Dans un mode de réalisation avantageux, les fibres à dépolluer sont
introduites dans une
chambre de nettoyage. Ceci est réalisé de préférence lors de la phase de
dépollution avant
mise en contact.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 5 PCT/FR2020/051880
De préférence, une telle chambre se présente sous la forme d'une enceinte
clause telle que par
exemple un autoclave.
Avantageusement, lors de la phase de dépollution, le fluide est comprimé
jusqu'à une pression
déterminée dite supercritique et est chauffé jusqu'à une température dite
supercritique,
lesdites pression et température supercritiques étant déterminées en fonction
du fluide.
De préférence, la pression supercritique est comprise entre 0 et 2000 bars, de
préférence entre
50 et 350 bars, de préférence entre 280 et 320 bars.
De préférence, la température supercritique est comprise entre 00 et 400
Celsius, de
préférence entre 15 et 80 Celsius.
Un des aspects de la présente invention est ainsi de prévoir une dépollution
efficace en réglant
notamment les paramètres de pression et de température afin d'amener le fluide
dans un état
supercritique suffisamment puissant et solvant pour éliminer (extraire) les
substances toxiques
et les odeurs présentes dans les fibres de cigarette, après combustion du
tabac.
La performance d'extraction des substances dépend des domaines d'application
envisagés
pour la valorisation de la fibre. On comprendra que les paramètres associés à
la pression et la
température seront susceptibles de changer selon les résultats de pureté de
fibre nécessaire.
Avantageusement, le fluide est sélectionné parmi : le dioxyde de carbone ;
certains liquides
organiques comme le méthanol ou l'éthanol ; l'eau ; le Tétrafluoroéthane ; les
alcanes légers
ayant par exemple 1 à 5 atomes de carbone, tels que par exemple le méthane, le
propane, le
butane, l'isobutane et le pentane ; le monoxyde de dihydrogène ; les alcènes
comme
l'éthylène et le propylène.
Tous ces fluides peuvent être utilisés à l'état de fluide dense sous pression,
à l'état subcritique
(oxydation par voie humide) ou supercritique.
Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, le fluide
sélectionné pour la
phase de dépollution est le dioxyde de carbone. On prévoit de préférence que,
dans ce mode,
la température supercritique est supérieure ou égale à 31 Celsius et la
pression supercritique
est supérieure ou égale à 73.85 bars.
L'utilisation du dioxyde de carbone comme fluide est avantageuse en ce qu'elle
permet de
dépolluer un déchet tel que le mégot de cigarettes à l'aide d'un autre déchet
émis en très
grande quantité par les industries (le dioxyde de carbone).
Les conditions de température (température supérieure ou égale à 31 Celsius)
et de pression
(pression supérieure ou égale à 73.85 bars) pour amener le dioxyde à l'état
supercritique sont
satisfaisantes et peuvent être atteintes sans difficulté dans une enceinte
telle qu'un autoclave.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 6 PCT/FR2020/051880
Bien évidemment, l'homme du métier pourra sélectionner d'autres fluides et/ou
d'autres
paramètres de pression et/ou de température pour cette opération de
dépollution.
On comprend ici que le degré d'extraction et les capacités de transport du
fluide peuvent
varier en agissant sur ces paramètres de température et de pression. A travers
cette
technologie, on possède un fluide solubilisant avec un pouvoir modulable,
notamment des
contaminants à extraire de la fibre issue du filtre.
Avantageusement, un cosolvant est ajouté au fluide pour extraire des fibres
des substances
organiques non souhaitées, tout en conservant la qualité et les
caractéristiques techniques de
la fibre.
L'ajout d'un tel cosolvant permet de retirer des fibres certaines substances
organiques
présentes dans les fibres afin d'améliorer le process de nettoyage.
On comprendra que cet ajout de cosolvant peut être réalisé avant, pendant
et/ou encore après
la mise en contact du fluide avec les fibres à dépolluer.
Avantageusement, le cosolvant est sélectionné parmi : le monoxyde de
dihydrogène ; les
alcools, par exemple les alcools aliphatiques de 1 à 5 atomes, tels que
l'éthanol, le méthanol,
le butanol ; les solutions aqueuses (par exemple de l'eau) ; les terpènes ; le
benzène ; les
cyclohexanes et leurs mélanges ; les cétones ; les hydrofluoroéthers et tous
autres cosolvants
capables de dépolluer les substances indésirables présentent dans la fibre.
Avantageusement, un extractant est ajouté au fluide pour extraire des fibres
des substances
inorganiques de type par exemple métaux lourds.
L'ajout d'un tel extractant permet de retirer des fibres certaines substances
inorganiques
présentes dans les fibres afin d'améliorer les performances de la phase de
dépollution.
On comprendra que cet ajout d' extractant peut être réalisé avant, pendant
et/ou encore après la
mise en contact du fluide avec les fibres à dépolluer.
De préférence, 1' extractant comprend une gamme de molécules du type
calixarènes et/ou des
solutions d'agents capables d'extraire les substances inorganiques
(complexants, chelatants,
antioxydants, solutions tampons).
L'ajout de cosolvant(s) peut aussi avoir un impact sur les molécules
inorganiques, et
inversement, l'ajout d'extractant(s) peut aussi avoir un impact sur les
molécules organiques.
L'ajout de cosolvant(s) et/ou d'extractant(s) dans le cycle s'injecte de
préférence à l'aide
d'une pompe adéquate. On comprendra que les cosolvants et les extractants sont
choisis en
fonction des substances indésirables à extraire, selon les normes
correspondantes aux
débouchés.
En effet, selon les débouchés, les résultats de pureté de la fibre souhaitée
peuvent varier.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 7 PCT/FR2020/051880
Ainsi, les paramètres (pression, température, débit, temps de nettoyage, etc.)
ainsi que
l'utilisation ou non de cosolvants et/ou d'extractants peuvent varier selon
les résultats
souhaités.
Avantageusement, l'étape de dépollution comprend, préalablement à la mise en
contact, une
humidification des fibres.
D'autres paramètres associés à la mise en contact du fluide dense sous
pression (par exemple
un fluide supercritique) peuvent être envisagés : débit et/ou vitesse du
fluide, durée de mise en
contact, etc.
Avantageusement, la mise en contact comprend une action d'un jet du fluide en
direction des
fibres. Grâce à un tel jet, le fluide pénètre dans l'intégralité de la matière
présente dans
l'autoclave.
De préférence, le jet présente une vitesse comprise entre 1 et 500 mètres par
seconde.
De préférence, le jet comprend un débit compris entre 1 et 4000 litres par
heure.
De préférence, la mise en contact est réalisée pendant une durée comprise
entre une minute et
huit heures, de préférence entre 15 et 120 minutes.
Le débit et la durée du nettoyage peuvent ainsi varier, ceci notamment en
fonction de la
quantité de matière à traiter, des paramètres et des substances ciblées.
On peut aussi prévoir par exemple la mise en rotation des fibres par exemple
dans un tambour
rotatif à l'intérieur de la chambre de nettoyage.
On peut encore prévoir des variations de pression selon des cycles de
compression et de
dépression.
Plus largement, on peut prévoir durant le cycle de nettoyage que la pression,
la température et
le débit du fluide sont susceptibles de rester constant ou de varier.
Avantageusement, la phase de traitement comprend un broyage des mégots.
De préférence, un tel broyage est réalisé par exemple dans un broyeur ou une
cuve dite de
traitement après une phase de collecte et éventuellement une opération de tri.
Les mégots broyés sont alors entraînés sur une chaîne de production pour subir
une pluralité
d'opérations de traitement (friction et/ou tamisage et/ou cyclonage et/ou
broyage secondaire).
Avantageusement, la phase de traitement comprend notamment un tamisage.
Ce ou ces différentes opérations visent principalement à séparer les fibres
des autres déchets,
les autres déchets étant du type feuilles, cendres et/ou tabacs.
Seule la fibre constituée en partie d'acétate de cellulose est récupérée. De
préférence, les
autres déchets (feuilles, tabacs, cendres) sont recyclés sous forme de
compost.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 8
PCT/FR2020/051880
Ces opérations de traitement peuvent être réalisées dans une cuve de
traitement adaptée à cet
effet ; cette cuve peut être indépendante de l'autoclave ou éventuellement
être directement
intégrée dans l'autoclave.
L'objet de la présente invention concerne selon un deuxième aspect une fibre
nettoyée (ou
dépolluée) obtenue à l'issue d'une mise en oeuvre d'un procédé de nettoyage
tel que celui
décrit ci-dessus.
Une telle fibre ainsi dépolluée peut être réutilisée pour de nombreuses
applications
notamment dans le domaine du bâtiment, de l'habillement et tout autre domaine
pouvant
exploiter cette fibre.
L'objet de la présente invention concerne selon un troisième aspect une
installation de
nettoyage de mégots de cigarettes comprenant :
- une cuve de traitement configurée pour traiter les mégots afin d'en
extraire des fibres à
dépolluer ; et
- des moyens de dépollution configurés pour dépolluer les fibres par une
mise en contact de
celles-ci avec un fluide dense sous pression (de préférence un fluide à l'état
supercritique, dit
fluide supercritique).
Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de dépollution comprenant une
ou plusieurs
chambres de nettoyage de type autoclave.
De préférence, un tel autoclave est capable de résister à des hautes voire
très hautes pressions.
La capacité de la chambre peut par exemple varier de 0,2L à 1500L, cependant
celle-ci n'est
pas limitée.
Plusieurs autoclaves peuvent être reliés et installés successivement (en série
ou en parallèle)
afin de transvaser le fluide sous-pression d'une cuve à l'autre permettant de
conserver le
fluide et évitant ainsi de retransformer le fluide à cet état. Cela permet
d'optimiser le flux et
de réaliser des économies d'énergies et de fluide. Les cuves peuvent donc être
vidées et
utilisées en alternance permettant aussi un gain de temps au niveau de la
production.
Avantageusement, l'installation comporte des moyens de type buses,
canalisations et/ou
vannes afin d'injecter le fluide supercritique dans la ou les chambres.
Avantageusement, la chambre peut s'étendre verticalement ou horizontalement.
On notera que l'inclinaison verticale de la chambre facilite le
chargement/déchargement et
assure une bonne propagation du fluide (dioxyde de carbone) dans les fibres à
dépolluer.
De préférence, une porte hermétique verrouille chacune des chambres de
nettoyage.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 9 PCT/FR2020/051880
De préférence, les buses et canalisations d'entrée et de sortie du fluide de
la chambre de
nettoyage sont munies de grilles à fin cadrillage, dites grilles filtrantes,
afin de retenir les fines
particules de fibres lors de l'évacuation du fluide transportant les
substances indésirables. De
telles grilles évitent que les fines fibres soient transportées pendant le
nettoyage et se
retrouvent avec les résidus indésirables extraits à la sortie.
De préférence, l'installation comprend un réservoir contenant un fluide (à
l'état liquide), ledit
réservoir étant relié à ladite chambre de nettoyage.
Un tel fluide est de préférence destiné à être amené à l'état supercritique.
Avantageusement, l'installation comprend des moyens de chauffe et des moyens
de mise sous
pression, commandables par une unité centrale, configurés respectivement pour
chauffer le
fluide jusqu'à une température supercritique déterminée et comprimer le fluide
jusqu'à une
pression supercritique déterminée, ladite unité centrale déterminant les
température et
pression supercritiques en fonction du fluide.
L'installation comprend en outre des moyens de détente configurés pour
détendre le fluide
afin de séparer en continu tout au long du cycle, le fluide des contaminants
solides et liquides
transportés, afin de recycler ledit fluide.
Les moyens de détente sont de préférence situés dans l'installation en amont
de ladite
chambre de nettoyage ; c'est-à-dire en sortie de la chambre.
Les séparateurs permettent de séparer le fluide des contaminants en changeant
le fluide d'état
lié à la baisse de pression.
L'installation peut comporter plusieurs séparateurs successifs dans lesquels
les pressions sont
différentes et plus basses afin de séparer toutes les substances toxiques et
odeurs accumulées
durant le transport par le fluide.
Les séparateurs sont conçus de sorte à ce que le fluide lèche et frotte un
maximum les
parois afin de séparer au maximum les substances toxiques et odeurs du fluide.
Les séparateurs peuvent être de préférence cyclonique. Les substances toxiques
et arômes
(odeurs) sont récupérés à la sortie de ces séparateurs dans des contenants
adaptés de type
fioles ou bouteilles.
Le fluide à la sortie du séparateur est capturé à nouveau pour être réinjecté
dans le cycle en
continu et en circuit fermé.
Ces substances et aromes sont évacués de préférence par gravité évitant un jet
potentiel de
substances dangereuses.
Un système de ventilation / hôte et plaque sécurisée peut être installé à la
zone de
récupération des substances toxiques, sécurisant ainsi la récupération du
concentré toxique.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 10 PCT/FR2020/051880
L'installation est dimensionnée proportionnellement aux paramètres choisis et
est capable
d'accueillir les paramètres définis (pression, température, débit, filtration,
etc.). Elle
comprend des composants tels que des buses, des tuyaux, des canalisations, des
cuves, des
séparateurs, des réservoirs, des pompes, des condensateurs, des résistances
chauffantes,
colliers chauffants, des chaudières, des refroidisseurs, des capteurs et des
régulateurs
pneumatiques, hydraulique et mécanique (débitmètres, etc.).
Avantageusement, la chambre de nettoyage comprend un tambour rotatif dans
lequel sont
introduites les fibres. On comprend ici qu'un tel tambour peut être monté sur
un axe de
rotation (magnétique ou mécanique par exemple) permettant au tambour d'être en
rotation sur
lui-même.
L'objet de la présente invention concerne selon un quatrième aspect une
utilisation des fibres
issues des filtres de mégots de cigarettes pour la fabrication d'un isolant
thermique et/ou
phonique, de filtres et/ou d'objets plastiques biodégradables.
Il est ainsi possible de fabriquer des matériaux éco-conçus à base de fibres
provenant des
mégots de cigarettes.
De préférence, les fibres sont des fibres d'acétate de cellulose.
Dans un mode de réalisation particulier, on prévoit ici une mise en oeuvre du
procédé tel que
décrit ci-dessus pour dépolluer lesdites fibres.
Selon une première variante, l'utilisation du procédé est réalisée pour
fabriquer des plaques
d'isolation (thermique ou phonique), une telle utilisation étant
particulièrement avantageuse
dans le domaine du bâtiment et/ou de l'énergie.
Dans un mode, ces plaques sont réalisées en mélangeant la fibre dépolluée
issue du filtre avec
une matière bi-composante ou autres composés.
Ces fibres peuvent être de préférence liées par ajout de colle, matières
liantes ou tout autre
matière susceptible de solidariser les fibres entre elles.
Cette utilisation pour la fabrication de plaques d'isolation est appréciée
dans le domaine des
bâtiments du type HQE (pour Haute Qualité Environnementale) ou THQE (pour Très
Haute
Qualité Environnementale), mais aussi dans d'autres domaines tels que
l'automobile, le
milieu agricole, l'aéronautique, l'électronique, l'électrique, etc.
Selon une deuxième variante, l'utilisation du procédé est réalisée pour
confectionner des
articles d'habillement textiles, de tels articles étant appréciés pour leurs
propriétés thermiques
et/ou phoniques notamment.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 11
PCT/FR2020/051880
Dans un mode de réalisation particulier, les fibres et les plaques isolantes
sont cousues et/ou
insérées à l'intérieur des vêtements, en guise de matelassage afin de créer un
isolant
écologique.
Selon une troisième variante, les fibres sont conditionnées pour redevenir des
filtres pour la
filtration, principalement de liquide ou de gaz.
Selon une quatrième variante, les fibres sont utilisées, dans les procédés et
la transformation
plastique, pures ou mélangées pour créer de nouveaux matériaux solides.
Ainsi, la présente invention met à disposition de l'ensemble des acteurs
intervenants dans le
recyclage des mégots de cigarettes une technologie innovante utilisant les
propriétés des
fluides supercritiques pour dépolluer les fibres, et notamment les fibres
d'acétate de cellulose.
Brève description des figures annexées
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
de la description
ci-dessous, en référence aux figures annexées qui en illustrent deux exemples
de réalisation
dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
[Fig. 1]
La figure 1 représente le diagramme de phase du dioxyde de carbone ;
[Fig.2]
La figure 2 représente une vue schématique d'une installation de nettoyage
mettant en oeuvre
une technologie de fluide supercritique pour le nettoyage des fibres provenant
des filtres de
mégots de cigarettes ;
[Fig.3]
La figure 3 représente un organigramme d'un procédé de nettoyage des fibres
provenant des
filtres de mégots de cigarettes ;
[Fig.4]
La figure 4 est un graphique représentant l'évolution de la masse de plusieurs
échantillons en
fonction du temps ;
[Fig.5]
La figure 5 est un graphique représentant l'évolution du coefficient
d'absorption acoustique
d'un premier échantillon de test en fonction de la fréquence ;
[Fig.6]
La figure 6 est un graphique représentant l'évolution du coefficient
d'absorption d'un
deuxième échantillon de test en en fonction de la fréquence ;
[Fig.7]
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 12 PCT/FR2020/051880
La figure 7 est une représentation graphique permettant de classifier le
coefficient
d'absorption acoustique fonction de la fréquence ;
[Fig.8]
La figure 8 est un graphique représentant l'évolution de l'indice
d'affaiblissement du produit
en vrac en fonction de la fréquence ; et
[Fig.9]
La figure 9 est un graphique représentant l'évolution de l'indice
d'affaiblissement pour la
plaque doublée en fonction de la fréquence.
Description détaillée
Un procédé de nettoyage des mégots de cigarettes selon un exemple de
réalisation de la
présente invention ainsi que l'installation qui lui est associée vont
maintenant être décrits dans
ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 9.
Comme rappelé en préambule, le nettoyage des mégots de cigarettes est une
problématique
pour laquelle il existe aujourd'hui peu de technologie efficace, ceci tant
pour des raisons
écologiques/environnementales que financières.
Un des objectifs de la présente invention consiste à récupérer et dépolluer
les fibres présentes
dans les mégots de cigarettes, et plus précisément dans les filtres de
cigarette, en prenant en
considération les contraintes écologiques/environnementales et financières ci-
dessus.
Un des autres objectifs de la présente consiste à proposer des solutions
alternatives pour le
recyclage et/ou la réutilisation des fibres dépolluées.
Ceci est rendu possible dans l'exemple décrit ci-après.
On sait que les fibres issues des mégots de cigarettes adsorbent des
substances toxiques et des
mauvaises odeurs lors de la combustion.
Parmi ces substances, on retrouve des substances organiques et inorganiques,
dont
notamment :
- de la nicotine,
- des métaux lourds,
- des acides organiques (acide acétique et/ou acide tartrique),
- des nitrosamines,
- des flumétralines, pendiméthalines et/ou trifluralines,
- des phénols,
- des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP),
- des formaldéhydes et acétaldéhydes,
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 13 PCT/FR2020/051880
- des dioxines et/ou des furanes,
- des anions (chlorures, nitrates, phosphates, sulfates et/ou ammonium).
Le nettoyage et la dépollution de ces fibres consistent à extraire ces
substances toxiques
adsorbées dans ces fibres lors de la combustion afin de transformer le mégot
de cigarette,
déchet dangereux (classé : HP 14 : écotoxique et HP6 : toxicité aigüe), en
matière première
exploitable sans classement.
Le concept sous-jacent à la présente invention est d'exploiter la technologie
des fluides dense
sous pression, et notamment les fluides supercritiques, en retirant ces
substances pour nettoyer
efficacement les fibres des filtres pollués.
L'utilisation des fluides dense sous pression, et notamment les fluides
supercritiques, se
présente comme une technologie émergente efficace qui présente des propriétés
de transport
très intéressantes capable d'extraire la toxicité de la fibre.
Le Demandeur observe que la technologie des fluides supercritiques est
classiquement utilisée
pour l'extraction des arômes (café ou huiles essentielles par exemple).
Cette technologie est également utilisée pour teindre des textiles sans eau.
En revanche, l'utilisation de tels fluides supercritiques n'a jamais été
envisagée jusqu'à
présent pour le nettoyage et la dépollution des mégots de cigarettes fumés et
notamment des
fibres de mégots de cigarettes.
Dans l'exemple décrit ici, on utilise comme fluide le dioxyde de carbone.
Le Demandeur soumet que l'utilisation du dioxyde de carbone présente
l'avantage d'être un
déchet industriel produit en grande quantité. La réutilisation de ce déchet
s'avère donc très
intéressante : Le dioxyde de carbone est disponible à haute pureté et à bas
prix.
L'utilisation du déchet dioxyde de carbone généré par l'industrie permet
d'agir sur la
neutralité carbone à travers ce procédé. Deux déchets sont utilisés pour
générer une matière
première exploitable.
L'homme du métier comprendra que d'autres fluides comme ceux énumérés
précédemment
dans la description pourront être réutilisés dans le cadre de la présente
invention.
La figure 1 représente donc le diagramme de phase du dioxyde de carbone.
On sait qu'un tel diagramme de phase expose les différents états de la matière
selon les
différents paramètres associés à la pression et la température du fluide.
Aux conditions normales de température et de pression, le dioxyde de carbone
peut se
présenter sous les états gazeux, liquide ou solide. Cependant, celui-ci
possède un point
critique Pc correspondant à une pression et une température critiques, notées
Pc et T. Lorsque
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 14 PCT/FR2020/051880
le dioxyde de carbone est soumis à une pression et une température supérieures
à celles de son
point critique Pc, celui-ci se retrouve dans un état supercritique.
Au-delà de la pression critique Pc, toute augmentation de température imposée
au liquide
conduit à la formation d'un liquide moins dense et différent de l'état gazeux.
Au-delà des température critique Tc, toute augmentation de pression appliquée
au gaz conduit
à la formation d'un fluide supercritique (plus condensé) sans passer par
l'état liquide.
A l'état supercritique, le dioxyde de carbone présente alors un comportement
intermédiaire
entre l'état liquide et l'état gazeux, avec des propriétés particulières :
- la masse volumique est plus élevée et donc similaire à celle des liquides
;
- le coefficient de diffusivité se situe entre celui des liquides et des
gaz;
- la viscosité est faible, ce qui est similaire à celle des gaz.
Ces différents états, formations et paramètres sont intéressants et permettent
d'obtenir un
solvant modulable afin de toucher une large gamme de substances à extraire.
On parle ainsi de fluide supercritique lorsqu'un fluide est chauffé au-delà de
sa température
critique Tc et lorsqu'il est comprimé au-dessus de sa pression critique P.
Le réglage de ces paramètres de température et de pression permet d'obtenir un
fluide
supercritique présentant un pouvoir solvant comparable à celui des solvants
liquides, avec des
propriétés de transports intéressantes qui les rapprochent des gaz.
On notera ici que le Demandeur a de plus observé qu'en combinant un fluide
supercritique
comme le dioxyde de carbone avec des fibres telles que l'acétate de cellulose,
les propriétés
de la fibre d'acétate de cellulose étaient améliorées : cette mise en contact
entraine en effet
une modification des propriétés intrinsèques du polymère. Elle permet de
baisser sa viscosité
(transition vitreuse).
La faible viscosité et les coefficients de diffusion élevés du dioxyde de
carbone à l'état
supercritique permettent un nettoyage efficace dû à la pénétration importante
du solvant au
coeur de la fibre. Combiner les propriétés de transport et l'extraction
performante du dioxyde
de carbone permet un nettoyage total de la matière.
Selon le concept de l'invention, le dioxyde de carbone vient remplacer
l'utilisation de
solvants organiques efficaces (mais très polluants) comme l'hexane, le
dichlorométhane, le
perchloroéthylène, le trichloréthylène et le chloroforme, ou l'utilisation de
solution aqueuse
comme l'eau.
On comprend ainsi que l'état supercritique du dioxyde de carbone crée des
propriétés de
transports très efficaces pour la dépollution des fibres, et notamment des
fibres d'acétate de
cellulose présentes dans les filtres de cigarette, sans les endommager.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 15 PCT/FR2020/051880
Pour le dioxyde de carbone, le diagramme de phase de la figure 1 montre que le
point critique
Pc correspond à une température critique Tc supérieure ou égale à 31 Celsius
et une pression
critique Pc supérieure ou égale à environ 73.85 bars.
En faisant varier ces paramètres correctement au-delà de ces valeurs critiques
(31 Celsius et
73.85 bars), il est possible d'amener le dioxyde de carbone à un état
supercritique et d'obtenir
un nettoyage très efficace et ciblé.
Avant de procéder au nettoyage à proprement parler, le procédé selon la
présente invention
comprend une étape de collecte SO.
Cette étape de collecte SO peut impliquer aussi bien les particuliers que les
associations, les
collectivités, les entreprises et tous les autres acteurs de collecte.
Il s'agit d'un acte citoyen pour une démarche environnementale. Tous les
acteurs ci-dessus
pourront être engagés dans une telle démarche.
Dans l'exemple décrit ici, on prévoit en outre une suite d'opérations de
traitement des mégots
lors d'une phase P1 dont notamment une étape de tri 511 pour séparer les
mégots de
cigarettes des éventuels autres déchets, une étape de broyage S1 2, et une
étape de tamisage
Si _3 qui pourront être répétées plusieurs fois, afin d'extraire un maximum de
tabac, cendre,
et feuille.
En fonction du lot reçu, une étape de friction S1 3, une étape de tamisage Si
_4 et une étape
de cyclonage Si _5 pourront également être ajoutées ou non.
La succession de ces différentes étapes en phase P1 vise principalement à
séparer les fibres de
cigarette à dépolluer des autres déchets tels que par exemple les feuilles de
cigarette, les
cendres, le tabac.
On notera que, dans l'exemple décrit ici, seules les fibres des filtres
contenant notamment de
l'acétate de cellulose sont conservées pour la phase de dépollution P2, les
autres déchets étant
utilisés lors d'une phase pour la réalisation de compost. Un tel compost est
réalisé par
exemple selon une autre filière.
Cependant les cendres, les feuilles et le tabac pourraient être susceptibles
de subir le même
traitement supercritique pour obtenir un compost plus pur.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les différentes étapes de traitement
sont réalisées par
l'installation qui comprend une chaîne de production comprenant notamment une
cuve de
traitement (non représentée ici) mettant en oeuvre un broyeur, un tamiseur
et/ou des moyens
de cyclonage et/ou de friction (non représentés ici).
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 16 PCT/FR2020/051880
On comprend que l'installation 200 ne comprend pas nécessairement cette chaîne
de
production ; celle-ci pourra être déportée sur un autre site (traitement
réalisé par de la sous-
traitance par exemple).
L'installation 200 comprend en outre une chambre de nettoyage 10 se présentant
sous la
forme d'un autoclave, ladite chambre 10 étant configurée pour nettoyer les
fibres provenant
des filtres de cigarette par une mise en contact de ces fibres avec le fluide
à l'état
supercritique.
La chambre 10 est donc configurée pour contenir un fluide à l'état
supercritique, et donc
supporter des températures et pressions élevées.
Dans l'exemple décrit ici, cette chambre 10 est une enceinte fermée
hermétiquement, de
préférence en acier inoxydable.
La première étape S20 de cette phase de dépollution P2 comprend donc
l'introduction et le
positionnement des fibres à dépolluer dans la chambre de nettoyage 10.
Ici, les fibres sont introduites dans un contenant fixe.
Cependant plusieurs alternatives peuvent être envisagées lors du nettoyage
pour optimiser et
réduire les paramètres utilisés à l'intérieur de la chambre de nettoyage. En
effet, en combinant
la technologie supercritique à d'autres moyens mécaniques, électriques ou
chimiques, il est
possible de réduire les éléments nécessaires au nettoyage. Pour optimiser le
procédé, c'est-à-
dire réduire le temps, la quantité de fluide, la pression et/ou la
température, le nettoyage peut
être complété de l'un ou l'autre de ces éléments :
- un tambour rotatif placé dans la cuve et entrainé par un couple
magnétique ou mécanique
permettant de mettre en mouvement la matière afin de faciliter la diffusion du
fluide
supercritique (de forme crible ou bétonnière) ; et/ou
- un système de vibration et d'ultrasons permettant que les substances
ciblées soient extraites
plus facilement, en combinant les avantages de l'ultrasons à celui du dioxyde
de carbone
supercritique ; et/ou
- des moyens de compression mécanique, notamment par vérin pneumatique ou
hydraulique,
ou vis sans fin afin de compresser la fibre et forcer l'extraction des
molécules à extraire ; et/ou
- un mélangeur situé à l'intérieur permettant d'homogénéiser le nettoyage ;
et/ou
- un système centrifuge afin de diriger toutes les substances extraites
vers l'extérieur évitant
ainsi qu'elles soient ré-adsorbées à un autre endroit de la fibre ; et/ou
- des moyens de mise sous tension à l'intérieur de la cuve afin
d'électrocuter la fibre et
faciliter l'extraction ; et/ou
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 17 PCT/FR2020/051880
- un trempage dans une solution aqueuse durant le cycle de nettoyage
(configuration fluide-
liquide supercritique).
Toutes ces améliorations peuvent être utilisées seules ou bien cumulées.
L'agitation, les
vibrations, la compression, la tension ou tout autre mouvement et action
pourront être ajoutés
afin d'améliorer ou d'optimiser avantageusement les conditions de nettoyage
sur n'importe
quelle quantité de matière.
Ces applications restent bien évidemment optionnelles et ne présentent en
aucun cas un
caractère limitatif.
Le concept sous-jacent à la présente invention est de mettre en contact ces
fibres dans la
chambre 10 avec un fluide à l'état supercritique, ici le dioxyde de carbone.
Dans cet exemple, on prévoit donc de relier la chambre de nettoyage 10 à un
réservoir 20
contenant le dioxyde de carbone.
On prévoit à cet effet un jeu de vannes, de buses et de canalisations d'entrée
et de sortie (non
représentées ici) configurées pour relier la chambre de nettoyage 10 et le
réservoir 20.
De préférence, ces éléments sont munis de grilles à fin cadrillage afin de
retenir et filtrer les
fines particules de fibres pouvant être entrainées lors de l'évacuation du
fluide transportant les
substances indésirables.
De telles grilles évitent que ces fines fibres soient transportées hors de la
chambre pendant le
nettoyage et se retrouvent avec les résidus indésirables extraits à la sortie.
Préalablement à la mise en contact du fluide avec les fibres à dépolluer, il
est souhaitable
d'amener ledit fluide à l'état supercritique.
Dans cet exemple, on prévoit alors que la chambre de nettoyage 10 comprend des
moyens de
compression 30 et des moyens de chauffe 40 configurés respectivement pour
comprimer lors
d'une étape S21 ledit fluide jusqu'à une pression cible supercritique Psc et
pour chauffer lors
d'une étape S22 ledit fluide jusqu'à une température cible supercritique Tsc.
Dans cet exemple, les moyens de compression 30 et de chauffe 40 sont
commandables par
une unité centrale 50.
Cette unité de centrale 50 comprend ainsi des moyens de stockage électronique
(non
représentés ici) stockant les informations relatives aux paramétrages associés
au nettoyage
supercritique tels que les température et pression supercritiques Tsc et Psc
en fonction du fluide
utilisé.
Dans cet exemple, ces température et pression supercritiques Tsc et Psc
correspondent
respectivement à une température supérieure ou égale à 31 Celsius et une
pression supérieure
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 18
PCT/FR2020/051880
ou égale à 73.85 bars. Ces paramètres sont ici associés au dioxyde de carbone
comme énoncé
précédemment.
On notera ici que les ressources en énergie pour atteindre ces paramètres sont
très faibles et
peu énergivores.
Dans l'exemple décrit ici, c'est l'unité centrale 50 qui commande les moyens
de compression
30 et de chauffe 40 pour amener le fluide à l'état supercritique.
Dans cet exemple, on peut prévoir en outre une étape supplémentaire
d'humidification S2_3
des fibres.
Cette étape S2_3 reste optionnelle.
Une fois le fluide amené à l'état supercritique, la phase de dépollution P2
comprend la mise
en contact S2_4 du fluide supercritique avec les fibres à dépolluer à
l'intérieur de l'autoclave
10. Comme expliqué précédemment, le dioxyde de carbone à l'état supercritique
s'avère un
solvant puissant : la mise en contact S2_4 d'un tel fluide supercritique avec
les fibres de
mégots de cigarettes à dépolluer permet d'extraire des fibres des molécules
organiques
apolaires, de telles molécules étant majoritairement formées de longues
chaînes carbonées de
faible masse molaire (lipides et corps gras).
La mise en contact S2_4 peut se faire sous plusieurs formes, potentiellement
combinées entre
elles : vaporisation haute pression, trempage, buse à jet, pulvérisation, etc.
Dans l'exemple décrit ici, on prévoit un trempage combiné à l'action d'un jet.
La chambre de nettoyage 10, ou autoclave, comprend ainsi des moyens
d'aspersion (non
représentés ici) apte à émettre un jet de dioxyde de carbone à l'état
supercritique.
Dans cet exemple, les moyens de stockage électronique stockent d'autres
paramètres relatifs
au nettoyage tel que par exemple la durée de mise en contact (durée du
trempage), le débit du
jet et/ou la vitesse du jet.
Dans cet exemple, on prévoit que le jet propulsé en direction des fibres
présente une vitesse
variable comprise entre 1 et 500 mètres par seconde avec un débit compris
entre 1 et 4000
litres par heure.
Dans cet exemple, on prévoit que la mise en contact S2_4 est réalisée pendant
une durée
comprise entre une minute et huit heures, cette durée variant en fonction des
caractéristiques
de propretés souhaitées et de la quantité de matière à traiter.
Dans cet exemple, les moyens de stockage électronique stockent encore d'autres
paramètres
associés à la mise en contact.
On peut prévoir des variations de pression et de température selon des cycles
de compression
et de dépression, de tels cycles améliorent les performances de la
dépollution.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 19 PCT/FR2020/051880
On peut aussi prévoir des paramètres relatifs à la vitesse de rotation du
tambour rotatif
Celui-ci pourra être aussi animé par saccade ou par des mouvements autres que
rotatifs
(pendulaire ou autres).
Afin d'améliorer les performances associées à la dépollution P2, on peut
prévoir d'ajouter lors
d'une étape S2_5 un cosolvant au fluide.
L'ajout S25 d'un cosolvant (méthanol, éthanol, etc.) durant la phase de
dépollution
augmente la polarité et la sélectivité du nettoyage afin d'extraire aussi les
molécules
organiques polaires avec des chaînes plus courtes (sucre, ions...).
Dans l'exemple décrit ici, on prévoit cet ajout S25 entre l'étape de
compression S21 et
l'étape de chauffe S2_2, par l'intermédiaire d'une pompe adéquate. Ledit
cosolvant peut aussi
être ajouté en amont ou aval du nettoyage. Le choix et l'utilisation de ces
dits cosolvants
dépend des substances ciblées à extraire pour correspondre aux normes des
différents
débouchés.
On notera que le développement de chambre fonctionnant à haute pression (au-
delà de 350
bars) permet d'extraire des molécules de plus en plus polaires sans ajout de
cosolvants.
Pour extraire les matières inorganiques comme les métaux lourds par exemple,
l'installation
200 est configuré en outre pour lors d'une étape S2_6 ajouter des molécules
extractantes du
type calixarènes, ou des solutions d'agents capables d'extraire les substances
inorganiques
(complexants, chelatants, antioxydants...) au fluide supercritique.
Cet ajout supplémentaire S2_6 permet la formation de complexes avec les
composés
inorganiques, qui permettront de les transporter par la même occasion.
Dans l'exemple décrit ici, on prévoit comme pour l'étape S2_5 que cet ajout
S2_6 est réalisé
entre l'étape de compression S21 et l'étape de chauffe S22 par l'intermédiaire
d'une pompe
adéquate. Ledit extractant peut aussi être ajouté en amont ou aval du
nettoyage. Le choix et
l'utilisation de ces dits extractants dépend des substances ciblées à extraire
pour correspondre
aux normes des différents débouchés.
Les ajouts des colsolvants et/ou des extractants est mis en oeuvre par l'unité
centrale 50 qui
commande des moyens 60 apte à injecter dans ledit fluide des cosolvants et/ou
des extractants
par l'intermédiaire d'une pompe.
En sortie de chambre, le fluide est refroidi et dépressurisé par des moyens de
détente 70 lors
d'une étape S3 pour un passage à l'état gazeux (ou détente). Ces moyens de
détente 70
permettent de détendre le fluide afin de séparer en continu le fluide des
contaminants solides
et liquides transportés.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 20 PCT/FR2020/051880
Le dioxyde de carbone est alors libéré sous forme gazeux grâce à un système de
récupération
80 servant de séparateur entre le fluide et les contaminants.
Plusieurs séparateurs, avec des pressions en baisses, peuvent se succéder afin
d'optimiser la
séparation du fluide et des contaminants. Les odeurs et les substances
toxiques se séparent du
fluide sous des pressions différentes. Il est donc important que la séparation
se réalise dans
différents séparateurs comportant des pressions différentes. Durant cette
séparation, le fluide
lèche et frôle les parois afin que les substances toxiques et arômes se
détachent un
maximum. Ces étapes se réalisent en continue pendant le cycle de nettoyage; ce
séparateur 80
évacue lors d'une étape S4 le dioxyde de carbone à l'état gazeux vers un
condensateur 90 qui
transforme lors d'une étape S5 le dioxyde de carbone à l'état liquide pour le
renvoyer vers le
réservoir 20 de stockage pour être réutilisé. Le dioxyde de carbone est
recyclé et utilisé en
continu en cycle fermé.
Ce séparateur 80 évacue les contaminants dans des contenants adaptés, séparés
et isolés.
En fin de cycle, plusieurs étapes de filtrations ou absorption particulaires /
moléculaires
peuvent éventuellement être ajoutées (en plus de la séparation en continue
réalisée lors du
passage de l'état supercritique à gazeux lors du nettoyage) en étape
supplémentaires sur le
fluide à l'état liquide, gazeux, ou supercritique, pendant ou après le cycle
afin d'assurer une
séparation complète des particules liquides et/ou solides indésirables qui
auraient pu rester
solubilisées dans le fluide, afin de récupérer du fluide supercritique pur à
réinjecter sur les
cycles suivants.
Ce fluide sera susceptible de passer à travers du charbon actif afin de
capturer les molécules
odorantes et COV éventuels. Du charbon actif pourra éventuellement être ajouté
à la sortie ou
dans la chambre de nettoyage si nécessaire.
On notera que ce fluide peut retourner dans la chambre de nettoyage 10 autant
de fois que
nécessaire. Le reste du flux pollué est ensuite évacué puis traité, car en se
libérant et en
passant à l'état gazeux, le dioxyde de carbone se sépare des contaminants.
Ces contaminants étant utilisés lors d'une phase de valorisation des
substances organiques et
inorganiques (hydrocarbures, métaux lourds, pesticides, sucres...). Une telle
valorisation est
réalisée par exemple selon une autre filière de traitement.
On récupère alors la fibre dépolluée.
Ainsi, la technologie de nettoyage des fibres par fluide supercritique permet
au fluide de se
recycler automatiquement en continu en changeant d'état. En sorti de chambre,
il passe lors
de la détente (perte de masse volumique) de l'état supercritique à l'état
gazeux et perd son
efficacité de solvant puissant, larguant les substances indésirables (sous
forme liquide ou
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 21
PCT/FR2020/051880
solide) transportées durant l'état supercritique. Ces substances indésirables
sont récupérées
dans des contenants spécialisés afin d'être traitées et valorisées.
La séparation physico-chimique terminée, le fluide peut être injecté de
nouveau dans la
chambre à l'état supercritique. Une étape de séparation par
filtration/absorption peut être
ajoutée pour faciliter la récupération des résidus solubilisés dans le fluide
(pendant ou après
nettoyage, à l'état gazeux, liquide ou supercritique), et purifier le fluide
afin de récupérer
toute son efficacité d'extraction.
Le fluide passe par une ou plusieurs enceintes et séparateurs (accompagné de
vannes de
détentes) capables de le purifier et le rendre réutilisable, en capturant et
collectant la totalité
des contaminants.
Dans l'exemple décrit ici, le fluide passe en outre à travers un filtre de
charbon actif afin de
piéger les molécules odorantes et les composés organiques volatiles. Du
charbon actif peut
également être ajoutée dans la chambre. Cette étape n'est pas obligatoire.
La forte volatilité des fluides aux conditions atmosphériques catégorise le
fluide comme
solvant sec, ne nécessitant alors aucune étape de séchage.
Le fluide solvant inerte, non-toxique, et non dangereux ne risque pas
d'endommager les
conditions de travails des utilisateurs.
La présente invention permet d'obtenir une technologie qui ne présente pas les
inconvénients
de l'art antérieur.
En adaptant la technologie des fluides supercritique et en réglant les
paramètres relatifs
notamment au réglage de la pression, la température, le débit, la durée de
mise en contact, les
cosolvants et les extractants, la présente invention permet de dépolluer les
fibres provenant
des filtres des mégots de cigarettes par une extraction des odeurs, des
matières organiques et
inorganiques qui classe le mégot en déchet indésirables.
Cette extraction se fait en séparant ces substances toxiques et odeurs de la
matière fibreuse.
Une telle technologie met alors à disposition un nettoyage écologique
n'impliquant que très
peu d'eau et/ou de solvants chimiques.
Une telle technologie permet de gérer de très grande quantité facilement, avec
peu d'effluents
à traiter.
Un tel nettoyage permet alors de revaloriser le mégot de cigarette qui est
devenu un vrai
déchet toxique pour l'environnement.
La valorisation de ces mégots de cigarettes est un des autres aspects
avantageux qui découle
directement de la présente invention.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 22 PCT/FR2020/051880
En effet, il devient possible en dépolluant les fibres de réutiliser celles-ci
et d'exploiter les
caractéristiques techniques de ces fibres et notamment de ces fibres d'acétate
de cellulose, de
telles fibres présentant des propriétés acoustiques et/ou thermiques
intéressantes.
Il est donc possible d'utiliser les fibres dépolluées pour le domaine de
l'isolation, sous forme
vrac ou de telle sorte que ces fibres peuvent être par exemple arrangées et
transformées en
plaques afin de créer des rouleaux d'isolation.
Pour cela, il est préférable de relier et de solidifier les fibres d'acétate
de cellulose recyclées,
entre elles. Une matière bi-composante est alors ajoutée et mélangée à la
fibre. Cette matière
bi-composante de type Trevira 255 2,2 dtex/6 mm : PES copolyéthylène est une
matière
composée d'un coeur et de son contour. Son contour plus sensible à la chaleur
fond à des
températures inférieures à celle du coeur et des autres composants, ce qui
permet d'unifier
l'ensemble des fibres. Ces matières bi-composantes ont donc été choisies en
fonction des
caractéristiques des fibres recyclées. Ce procédé fonctionne aussi avec tout
type de matière bi-
composante (éventuellement bio).
La liaison des fibres peut aussi être réalisée avec tous types de matière
comme les colles ou
matières liantes.
Il est souhaitable de réaliser un mélange et un brassage homogène des fibres
d'acétate de
cellulose et de la matière bi-composante initiale (par exemple 15% de matière
bi-composante
et 85% de fibre d'acétate) afin d'obtenir une bonne répartition des matières
pour une bonne
solidification et harmonisation de la plaque.
La répartition de matière bi-composante et des fibres d'acétate peut varier en
fonction des
caractéristiques souhaitées du matériaux (plus ou moins solide, souple,
résistante, etc.).
On comprendra que l'ajout de matière bi-composante rend le matériaux plus
résistant et plus
rigide. Ces plaques peuvent aussi être mises en forme par d'autres procédés
type collage,
tissage, cardage, filage, compression, etc. Le matériau isolant obtenu peut
alors être utilisé
pour de l'isolation dans le domaine du bâtiment, mais aussi dans le domaine de
l'habillement
et dans tout autre domaine nécessitant une fibre isolante.
Cette fibre dépolluée peut aussi être utilisée pour former des filtres et/ou
systèmes de
filtrations d'air, d'eau, de liquide ou de gaz (domaine urbain, automobile,
aéronautique,
hydrocarbure, etc.).
Il est encore possible de réduire l'acétate de cellulose en une matière
utilisable dans tous types
de procédés plastiques (notamment le moulage) afin que cette matière recyclée
soit
transformée en objets. Elle peut être mélangée à d'autres matières afin de
créer des produits
biodégradables. De plus, elle peut aussi être utilisée dans le domaine du
composite en la
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 23 PCT/FR2020/051880
mélangeant à d'autres matières (colles, liantes , bi composante etc...). Elle
est aussi utilisée
dans tout type de matériaux.
Pour cette utilisation, on prévoit de réduire la fibre en poudre, ou de la
mettre dans un état
utilisable par les procédés de plasturgie. Cela permet de l'insérer dans des
machines de type
machines d'extrusion, d'injection, de moulage, de thermocompression ou encore
de
thermoformage. On notera qu'un tel matériau se transforme à des températures
comprises
entre 80 C et 300 C dans ces différents procédés.
Ainsi, on comprendra que la présente invention prévoit la mise en oeuvre d'une
technologie
des fluides supercritiques pour un nettoyage et une dépollution des fibres
issues des filtres des
mégots de cigarettes. Un tel nettoyage et une telle dépollution sont obtenus
par une mise en
contact desdites fibres avec un fluide du type dioxyde de carbone à l'état
supercritique.
En réglant les paramètres de l'autoclave dans lequel sont introduites les
fibres de mégots, il
est possible d'amener ledit fluide à une température cible et une pression
cible dites
supercritiques permettant une bonne extraction des substances toxiques
contenues dans les
fibres. Le process mis en oeuvre est par ailleurs respectueux de
l'environnement et présente un
coût financier acceptable sur le plan industriel.
Des analyses réalisées sur les fibres dépolluées selon le procédé de
l'invention permettent de
constater un abattement significatif de la concentration en nicotine : la
concentration
résiduelle de nicotine dans les mégots dépolluées n'entraîne plus le
classement pour la
propriété de danger HP6 "toxicité aigüe" et HP14 éco-toxique comme c'est
le cas pour
l'échantillon avant traitement.
Les résultats de la dépollution permettent de conclure à un classement des
fibres dépolluées
comme déchets non dangereux.
Une fois dépolluée sans eau à décontaminer, il devient possible de réutiliser
ces fibres sous
forme de nouveau matériau éco-conçu utilisé en vrac et/ou transformé dans
plusieurs
domaines comme par exemple :
- des articles d'habillement textiles (rembourrage isolant de manteau,
matelassage isolant, fils
de couture, tissus, laine à utiliser dans la création d'habits ou d'objets à
base de textile :
matelas, coussin, duvet, chapeau, couvre-chef, sac à main...) ;
- des matériaux d'isolation thermique et/ou phonique (bâtiment,
électronique, automobile :
isolant batterie lithium de véhicule électriques, aéronautique, constructions
navales et tous
autres domaines nécessitant un isolant thermique et ou phonique...) ;
- de matériaux pour le paillage extérieur / géotextile : toile, plaque,
vrac ... la matière
dépolluée redevient une fibre naturelle biodégradable pouvant être utilisée
dans la nature
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 24 PCT/FR2020/051880
(pieds des arbres etc...) ;
- des matériaux filtrants (liquide, gaz...) ;
sous forme de plaques fibreuses ou de fibres en vrac conformes aux normes du
domaine
d'utilisation.
Ces fibres sont aussi appréciées dans le domaine de la plasturgie afin de
créer de nouveaux
matériaux solides éco-conçus avec ou sans mélange.
On comprendra que ces nouveaux matériaux seront de type matière première,
produits semi-
finis ou finis.
D'autres utilisations sont également envisagées dans le cadre de la présente
invention.
Cette technologie de nettoyage par fluide supercritique comporte des
propriétés extractantes et
nettoyantes très intéressantes et voire plus efficaces que les solvants,
détergents et solutions
aqueuses polluants qui sont utilisés jusqu'à présent. Ce nettoyage par fluide
supercritique
présente l'avantage d'être totalement vert, neutre et écologique avec de
faibles quantités de
rejet (effluent résiduel quasi-nul suite au nettoyage, nécessitant peu de
traitement secondaire
donc intéressant économiquement), qui permettent de gérer de grandes quantités
facilement.
Pour mettre en évidence les avantages significatifs apportés par le procédé de
l'invention, des
analyses ont été réalisées sur les échantillons suivants :
- 20AJ404 : Lot de mégots non traités ;
- 20AJ405 : Lot de mégots traités ¨ Essai 1;
- 20AJ406 : Lot de mégots traités ¨ Essai 2.
Il s'agit plus particulièrement de trois lots d'échantillons de mégots broyés
ayant subi ou non
un traitement visant à extraire les substances polluantes.
Pour chaque lot, environ 100 g d'échantillons ont été extraits avec 5 mL de
méthanol.
- Résultats d'analyse de la nicotine et des phénols :
Les analyses de la nicotine ont été réalisées par chromatographie en phase
gazeuse avec
détection à ionisation de flamme (GC-FID).
Les analyses des phénols ont été réalisées par chromatographie liquide haute
performance
(HPLC).Le tableau 1 ci-dessous représente les résultats de l'analyse
quantitative de la teneur
en nicotine et en phénols dans les mégots en mg/kg :
20AJ404 20AJ405 20AJ406
Mégots non traités Mégots traités Mégots traités
Essai 2
Essai 1
Nicotine 5580 +/- 51 870 +/- 7 418 +/- 13
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 25 PCT/FR2020/051880
Phénol 317 +/- 17,3 48,0 +/- 1,1 41,6 +/-
6,0
m+p-crésol 191 +/- 21,0 16,5 +/- 4,3 19,9 +/-
0,4
Phénols o-crésol 76,7 +/-11,1 5,59 +/- 1,83 8,79 +/-
0,42
2-éthylphénol 15,8 +/- 1,9 <2,50 <2,50
[tableau 1]
- Résultats d'analyse des
acides organiques et des cyanures :
L'analyse des acides organiques a été réalisée par chromatographie d'échange
d'ions avec
détection conductimétrique après extraction aqueuse d'environ 1 g.
L'analyse des cyanures a été réalisée par chromatographie d'échange d'ions
avec détection
ampérométrique après extraction d'environ 1 g et piégeage dans 30 mL d'une
solution de
soude 1M.
Le tableau 2 ci-dessous représente les résultats de l'analyse quantitative de
la teneur en acides
organiques et en cyanures dans les mégots en mg/kg :
20AJ404 20AJ405 20AJ406
Mégots non traités Mégots traités Mégots
traités
Essai 2
Essai 1
Acide acétique 6 750 3 720 5 100
Acide propionique 70 20 30
Acide formique 950 1 250 810
Acide butyrique <1,3 <1,3 <1,3
Acide valérique <25 <25 <25
Acide tartrique 380 290 260
Cyanures 22,4 12,2 9,90
[tableau 2]
- Résultats d'analyse des métaux :
Les analyses des 24 métaux et métalloïdes suivants : aluminium (Al), arsenic
(As), bore (B),
baryum (Ba), calcium (Ca), cadmium (Cd), chrome (Cr), cuivre (Cu), fer (Fe),
mercure (Hg),
potassium (K), lithium (Li), magnésium (Mg), manganèse (Mn), molybdène (Mo),
sodium
(Na), nickel (Ni), phosphore (P), plomb (Pb), antimoine (Sb), sélénium (Se),
silicium (Si),
titane (Ti) et zinc (Zn), ont été réalisées par Spectrométrie d'Emission
Optique à Plasma à
Couplage Inductif (ICP-OES) ou par Spectrométrie de Masse à Plasma à Couplage
Inductif
(ICP-MS) après digestion acide (HNO3) d'environ 300 mg d'échantillons en four
micro-
ondes fermé.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 26 PCT/FR2020/051880
L'ICP-OES a été utilisé pour : (Al, Ba, Ca, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Na, P, Si,
Ti et Zn).
L'ICP-MS a été utilisé pour : (As, B, Cd, Cr, Li, Mo, Ni, Pb, Sb et Se).Le
tableau 3 ci-dessous
représente les résultats de l'analyse quantitative de la teneur en métaux dans
les mégots en
mg/kg.
20AJ404 20AJ405 20AJ406
Mégots non traités Mégots traités Mégots traités
Essai 2
Essai 1
Ca 11 100 +/- 100 13 300 +/- 700 18 500 +/- 900
Cd 0,16 +/- 0,01 0,23 +/- 0,02 0,32 +/- 0,01
Cr 2,38 +/- 0,20 3,21 +/- 0,87 11,6 +/- 0,88
Cu 7,30 +/- 0,30 6,52 +/- 0,45 17,6 +/- 0,61
Fe 1 660 +/- 110 1 930 +/- 330 3060 +/- 260
Hg <8 <8 <8
K 3 670 +/- 50 6 340 +/- 490 6800 +/- 800
Li 1,04 +/- 0,03 1,79 +/- 0,14 2,32 +/- 0,08
Mg 766 +/- 14 1 110 +/- 50 1 470 +/- 30
Mn 10,6 +/- 0,15 24,9 +/- 1,49 47,5 +/- 1,57
Mo 0,10 +!-0,01 0,15 +!-0,03 0,39 +!-0,02
Na 622 +/- 11 347 +/- 24 558 +/- 13
Ni 2,23 +/- 0,13 3,25 +/- 0,75 12,2 +/- 0,20
P 125 +/- 1 228 +/- 5 406 +/- 14
Pb 1,07 +/- 0,12 2,05 +/- 0,13 3,56 +/-0,09
Sb 0,02 +/-0,002 0,07 +/- 0,014 0,18 +/- 0,009
Se 0,07 +/- 0,002 0,10 +/- 0,030 0,15 +/- 0,015
Si 1 990 +/- 180 1 800 +/- 260 2 570 +/- 440
Ti 59,6 +/- 9,5 50,3 +/- 12,8 66,0 +/- 12,2
Zn 18,9 +!-0,4 55,7 +!-25,2 75,2 +!-22,4
Al 1220 +/- 110 1510 +/- 360 1730 +/- 310
As 0,15 +!-0,01 0,24 +!-0,03 0,26 +!-0,01
B 5,20 +/- 1,69 10,2 +/- 5,1 8,44 +/- 0 ;91
[tableau 3]
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 27 PCT/FR2020/051880
- Résultats d'analyses complémentaires :
La teneur en eau dans les échantillons a été déterminée par séchage à l'étuve
(105 C) jusqu'à
une masse constante (Tableau 4 ci-dessous)
Le tableau 4 ci-dessous représente les résultats de l'analyse relative à la
Teneur en eau des
échantillons de mégots :
Echantillon 20 AJ 404 20 AJ 405 20 AJ 406
Mégots bruts Essai 1 Essai 2
Teneur en eau 3,53% 3,74% 3,92%
[tableau 4]
Compte tenu de valeurs faibles de teneur en eau, il n'en a pas été tenu compte
dans les
calculs.
De plus, afin de pouvoir préciser la spéciation de certains métaux, le pH
d'une solution
aqueuse en contact avec les échantillons a été déterminé. Le ratio entre la
masse de la prise
d'essai et le volume d'eau est 1/10.
Le tableau 5 ci-dessous représente les résultats de l'analyse relative au pH
des échantillons :
Echantillon 20 AJ 404 20 AJ 405 20 AJ 406
Mégots bruts Essai 1 Essai 2
pH 7,95 8,46 8,78
[tableau 5]
Les valeurs de pH, correspondant à des solutions légèrement basiques,
permettent d'écarter la
présence de quantités importantes (> g/kg) de substances alcalines comme par
exemple de la
potasse (KOH), de la soude (NaOH) ou de la chaux (Ca(OH)2).
L'évaluation des propriétés de danger a été réalisée sur la base des résultats
ci-dessus. Cette
évaluation a été réalisée selon la norme XP X 30-489.
On sait qu'avant traitement la présence de nicotine dans les mégots à une
concentration de
5580 +/- 51, mg/kg entraîne le classement de déchet dangereux de l'échantillon
au titre de la
propriété HP 6 "toxicité aigüe".
Après traitement, nous obtenons des résultats satisfaisants, voire très
satisfaisants.
Sur les deux échantillons 20 AJ 405 (ESSAI 1) et 20 AJ 406 (ESSAI 2),
l'approche itérative
permet de conclure que le premier échantillon après traitement peut être
qualifié de déchets
non dangereux au titre des propriétés HP 4, HP 5, HP 6, HP 7, HP 8, HP 10, HP
11, HP 13 et
HP 14 via une évaluation par calcul.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 28 PCT/FR2020/051880
Pour chacun des deux échantillons, la concentration en nicotine (initialement
à environ 5580
mg/kg) passe après traitement à 870 mg/kg et 418 mg/kg. Elle a été
suffisamment réduite
(ratio 7 à 13) pour ne plus entraîner de classement au titre de la propriété
HP6 "toxicité
aigüe".
Les analyses réalisées permettent donc de constater un abattement de la
concentration en
nicotine dans les mégots par le procédé mis en oeuvre car après traitement, la
concentration
résiduelle de nicotine n'entraîne plus le classement pour la propriété de
danger HP6 "toxicité
aigüe" comme c'était le cas pour l'échantillon avant traitement.
Pour ce qui concerne la propriété HP14, des tests montrent également que le
traitement
permet d'atteindre un classement en déchets non dangereux selon HP14.
Pour mettre en évidence les caractéristiques techniques intéressantes de la
fibre dépolluée, des
analyses ont été réalisées pour prouver son efficacité d'isolant acoustique et
technique :
Pour cela, plusieurs échantillons avec des numérotations différentes ont été
fournis afin qu'ils
puissent être analysé pour déterminer leurs différentes caractéristiques
techniques. Le but est
aussi d'analyser l'impact du broyage sur les caractéristiques de la fibre.
Fibre/mélange/plaque.1 signifie que la matière n'a subie qu'un seul broyage,
Fibre/mélange/plaque.2 deux broyages
Fibre/mélange/plaque.3 trois broyages
Fibre/mélange/plaque.poudre broyé jusqu'à devenir de la poudre
- Propriétés de conductivité thermique :
Ce test a pour but de mesurer la conductivité thermique et la capacité
calorifique du matériau.
Le dispositif consiste en deux plaques échangeuses isolées en face arrière,
l'une d'elle est fixe
et l'autre est mobile. A l'intérieur de chaque plaque échangeuse circule un
fluide caloporteur
dont la température est régulée par un bain thermostaté. Les bains peuvent
être programmés
pour assurer une variation en fonction du temps. L'équipement permet d'imposer
une
température quelconque sur chacune des deux faces principales de
l'échantillon. Pour mesurer
la température de l'isolant, deux thermocouples sont utilisés et positionnés à
l'extérieur du
matériau à caractériser. Afin de mesurer le flux de chaleur qui traverse
l'échantillon, deux
fluxmètres sont placés sur chacune des faces.
L'expérience se déroulera en trois étapes :
Étape 1 : chaque plaque a une température de 20 C
Étape 2 : chaque plaque a une température de 25 C
Étape 3 : une plaque est à 20 C et l'autre est à 25 C
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 29
PCT/FR2020/051880
Les dimensions de nos échantillons sont de 30,5 *30,5 cm2 et ont comme masse
volumique les
valeurs suivantes : Plaque n 3.4 : 0,16g/cm2 Plaque n 2.1 : 0,13g/cm2 Plaque n
1.1 : 0,15
g/cm2
- Détermination de la chaleur spécifique :
A l'instant t=0, on impose une température T=20 C sur chaque côté de la
plaque. On
maintient cette température jusqu'à ce qu'on obtienne un équilibre thermique.
Puis on
reproduit cette étape avec T=25 C. Enfin on réalise un écart de température en
réglant
T1=20 C et T2=25 C, ceci fait évoluer le système vers un autre état
d'équilibre. Entre ces
deux instants, le polystyrène a stocké une certaine quantité d'énergie
calorifique. L'énergie
totale stockée (Q) est calculée par la relation suivante :
Cf Yinètre reCpeLT
m*Cp*AT Avec : AT = T2-T1, (111+112= le flux de chaleur cumulé dans la plaque,
Cfluxmètres = capacité thermique des fluxmètres,
Cp = la chaleur spécifique et m= la masse de la plaque.
- Détermination de la conductivité
thermique :
Pour déterminer la conductivité thermique, on impose une température T=25 C à
la matière
jusqu'à obtenir un état d'équilibre. Lors du cheminement vers cet état
d'équilibre, la relation
ci-dessous permet d'obtenir la conductivité de notre matériau recyclé:
/1=eE0/4.dT
Avec :
e =l'épaisseur de la plaque,
= la somme des flux mesurés aux frontières de la plaque
AT = la différence de température.
Résultats obtenus des tests de résistances thermiques :
Dénomination Dimensions Epaisseurs Masse Masse Conductivité Resistance
Epaisseurs
(cm) (cm) (g) volumique thermique
thermique (mm) pour
(kg/m3) (W/m.K) R R=5
norme à
respecter
Plaque 30.5 x 30.5 2.5 100 77,4 0.049 20 24.7
Poudre
Plaque 1 30.5 x 30.5 2.5 100 64,5 0.046 21.4 23.37
Plaque 2 30.5 x 30.5 2.5 100 55,8 0.047 21.2 25.55
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 30 PCT/FR2020/051880
Plaque 3 30.5 x 30.5 2.5 100 47,3 0.043 22.92 21.8
Vrac (fibre) 11 x 10,5 4 40 17,2 0.042 23.26
21
Vrac (poudre) 11 x 10,5 4 66.76 28,7 0.045 22.09
22.63
[Tableau 6]
Grâce aux résultats obtenus lors des expériences nous pouvons affirmer que la
fibre dépolluée
est bien isolante car celle-ci a des valeurs de conductivité inférieures à
0.06 W/m.K ( CF
Norme NF EN 13162+A1). En effet le matériau a une valeur moyenne de
conductivité de
0.045 W/m.K. Cette valeur est la limite pour qu'un matériau soit considéré
comme isolant.
L'ensemble des échantillons issue de la fibre dépolluée est donc considéré
comme isolant.
Leurs valeurs de conductivité et résistance s'approchent des caractéristiques
de la laine
minérale. On peut également dire grâce aux essais que, moins il y a de
broyage, plus le
matériau est isolant. Ce qui veut dire qu'il y a une relation entre la masse
volumique et la
conductivité thermique. On pourrait donc imaginer par la suite de trouver
l'optimum masse
volumique/conductivité thermique pour notre matériau.
- Propriétés de perméabilité à la
vapeur d'eau :
Le fonctionnement hygrométrique d'un matériau représente le comportement du
matériau
face à une grande variation de température et du taux d'humidité. Il s'agit de
la capacité du
matériau à absorber ou à rejeter l'énergie pour préserver le confort thermique
du logement.
Cette manipulation a pour objectif de mesurer et caractériser la perméabilité
du matériau
recyclé.
Protocole : Les échantillons à tester sont placés dans des bocaux. Un fond
d'eau est présent au
fond du bocal pour créer l'humidité. Des anneaux sont placés pour surélever
l'échantillon et
créer une zone d'air entre l'eau et le produit (1,2 cm). Ce volume sera le
même pour tous les
tests. Pour ne pas avoir de transfert direct entre l'enceinte climatique et
l'air emprisonné, un
joint avec un mélange de cire d'abeille et paraffine (60/40%) est réalisé et
appliqué entre le
bocal et l'échantillon. Le dispositif est ensuite placé dans une enceinte
climatique réglé à un
taux d'humidité à 50%. Une pesée de la masse est réalisée toutes les 24h afin
de déterminer la
quantité d'eau évaporé.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 31 PCT/FR2020/051880
Voici l'évolution de la masse en fonction du temps et pourcentage de masse
perdu :
Jour 0 1 2 3 6 7
Heure 0 24 47 71 141 165
Plaquel 522,19 520,54 518,78 517,17 512,39 510,86
1 0 -0,32% -0,65% -0,96% -1,88% -2,17%
Plaque 548,44 546,92 545,53 544,12 540,16 538,86
2 0 -0,28% -0,53% -0,79% -1,51% -1,75%
Plaque 545,26 544,1 542,89 541,69 538,49 537,31
3 0 -0,21% -0,43% -0,65% -1,24% -1,46%
Plaque 552,61 551,2 549,92 548,55 544,7 543,45
poudre 0 -0,26% -0,49% -0,73% -1,43% -1,66%
[Tableau 7]
La figure 4 fournit une illustration graphique de cette évolution de la masse
des différents
produits en fonction du temps.
Les résultats de perméabilité obtenus sont les suivants (et comparatif de la
perméabilité des
différents matériaux) :
Matériaux Perméabilité à la vapeur GO
Résultats sur matériaux testés
Plaque 1 broyage 2,09
Plaque 2 broyages 2,99
Plaque 3 broyages 2,88
Plaque poudre 2,50
Résultats sur matériaux du commerce
Laine minérale 1
Panneau en laine de bois 5
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 32
PCT/FR2020/051880
Panneau de fibre 5
Textile recyclé (métisse) 2-3
Ouate de cellulose 2
[Tableau8]
D'après la norme NF EN ISO 10456, nous obtenons les données rassemblées dans
le tableau
suivant.
Le matériau recyclé se situe dans le même intervalle que le métisse.
Ce matériau à une grande capacité d'absorption.
- Propriétés acoustiques :
La résistance acoustique du matériau est une donnée importante dans la
caractérisation du
produit.
Les expériences réalisées en laboratoire nous ont permis d'obtenir le
coefficient d'absorption
ainsi que l'indice d'affaiblissement du matériau recyclé.
Coefficient d'absorption : Le coefficient d'absorption acoustique définit le
rapport entre le
bruit absorbé et le bruit entrant. Celui-ci varie par fréquence sonore. Le
coefficient
d'absorption est compris entre 0 et 1. Plus le matériau est proche de 1, plus
le matériau est
absorbant.
Résultats obtenus après test du tube de Kundt en laboratoire acoustique :
Comme illustré en figures 5 et 6, on comprend ici que les deux produits
absorbent très bien
les fréquences entre 400 et 800 Hertz (Hz) avec un coefficient supérieur à
0,9.
Il est ainsi possible d'établir une classification du pouvoir absorbant des
produits en fonction
de la fréquence comme illustré en figure 7.
A partir de 500 Hz, le coefficient reste au-dessus de 0,85 : soit dans la
meilleure classe
d'isolation, la classe A. Ces classes sont définies par la norme EN ISO 354.
Ce matériau
absorbant permet de diminuer la réverbération et donc éviter que le bruit ne
se propage.
Indice d'affaiblissement : Exprimé en décibels (dB), c'est la mesure
normalisée caractérisant
l'indice d'affaiblissement d'un matériau ou produit de construction. Il
représente la quantité de
bruit arrêtée par ce matériau ou produit. Un matériau est d'autant plus
isolant que son indice
(Rw) est grand.
Les résultats obtenus après test du tube de Kundt en laboratoire acoustique
sont illustrés en
figures 8 et 9.
CA 03156829 2022-04-05
WO 2021/079050 33 PCT/FR2020/051880
Évolution du coefficient d'absorption en fonction de la fréquence et du
matériau utilisé :
Matériau/Fréquence 125Hz 250Hz 500Hz 750Hz 1000Hz
Vrac broyage 1 0,17 0,61 0,99 0,95 0,84
Plaque broyage 1 0,7 0,14 0,17 0,27 0,41
Plaque doublée 0,16 0,5 0,89 1 0,94
broyage 1
Plaque doublée 0,16 0,5 0,89 1 0,94
broyage 1(essai2)
Mousse mélamine 0,32 0,57 0,99 0,98 0,94
(pour comparatif)
[Tableau9]
Évolution de l'indice d'affaiblissement en fonction du matériau et de la
fréquence :
Matériau/Fréquence 125Hz 250Hz 500Hz 750Hz 1000Hz
Vrac broyage 1 2,7 4,25 4,6 4,8 5,2
Plaque broyage 1 0,4 1,1 0,7 0,5 -0,6
Plaque doublée 3,3 4,1 4,3 4,4 3,7
broyage 1
Plaque doublée 3,3 4,1 4,3 4,4 3,7
broyage 1(essai2)
Mousse mélamine 0,71 8,1 6 5 7
(pour comparatif)
[Tableau 10]
A travers ces informations, nous pouvons conclure que le vrac ainsi que les
plaques doublées
sont très performants et se rapprochent des caractéristiques de la mousse
mélamine utilisée
pour chambre anéchoïque (salle d'expérimentation dont les parois absorbent les
ondes sonores
ou électromagnétiques).
Pour conclure sur l'efficacité des caractéristiques de cette matière recyclée,
nous constatons
que le matériau issu des mégots recyclés que nous avons étudié présente des
caractéristiques
intéressantes à exploiter dans de multiples domaines, notamment pour
l'isolation.
Il devra être observé que cette description détaillée porte sur plusieurs
exemples de réalisation
particuliers de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description
ne revêt un
quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire,
elle a pour objectif
d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des
revendications qui
suivent
