Comment un nouveau marché final domestique pour le HDPE a émergé

Michael Pluimer de Crossroad Engineering Services rassemble des données sur les performances des tuyaux ondulés en PEHD recyclé dans le sud-est de la Pennsylvanie. | Avec l'aimable autorisation d'Advanced Drainage Systems (ADS).

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Le feu vert d'un groupe pour l'utilisation de PEHD recyclé dans les canalisations de drainage routier ouvre un marché potentiellement énorme pour le plastique récupéré. Les responsables ont récemment expliqué le travail qui a conduit à la décision.

L'American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), un groupe dont les membres comprennent les départements des transports des États (DOT), a approuvé l'année dernière une nouvelle spécification pour les tuyaux ondulés en PEHD utilisés sous les routes et les voies ferrées. D'une taille allant de 4 à 60 pouces de diamètre, les tuyaux noirs sont, depuis des décennies, fabriqués à partir de plastique vierge, comme l'exigeait le cahier des charges.

Le PEHD recyclé était déjà utilisé dans les tuyaux desservant les besoins de drainage pluvial des propriétés privées. La nouvelle spécification M 294 R supprime un obstacle empêchant les DOT d'acheter des tuyaux en PEHD post-consommation et post-industriels pour une utilisation dans des projets d'autoroute et sous d'autres emprises publiques.

"Nous pensons vraiment que cela va changer la donne à la fois pour l'industrie et pour les États, car, franchement, c'est une façon beaucoup plus durable de produire et de fabriquer des tuyaux", a déclaré Michael Pluimer, propriétaire de Crossroad Engineering Services et professeur adjoint. à l'Université du Minnesota-Duluth. "Je pense que c'est quelque chose dont les États bénéficieront grandement."

Pluimer, qui a testé la durabilité et la durée de vie des tuyaux à contenu recyclé, s'exprimait lors d'un récent webinaire coparrainé par le Northeast Recycling Council (NERC) en collaboration avec l'Association of Plastic Recyclers (APR). (APR est propriétaire de Resource Recycling, Inc., éditeur de Plastics Recycling Update.)

Les autres conférenciers étaient Liz Bedard de l'APR, Ryan Fragapane de l'AASHTO et Joe Babcanec du fabricant de tuyaux Advanced Drainage Systems (ADS).

Pluimer a participé à des recherches sur la durabilité des tuyaux en PEHD recyclé, y compris des travaux réalisés dans le cadre de sa thèse, publiée en 2016. Le National Cooperative Highway Research Program a fourni 950 000 $ pour financer deux efforts de recherche, et la Southeastern Pennsylvania Transit Authority a parrainé Pluimer's travaux de thèse à l'Université Villanova, a-t-il déclaré.

En ce qui concerne les défaillances de ces tuyaux, qui sont utilisés dans les égouts pluviaux et les ponceaux, la principale préoccupation concerne les bris qui se produisent lorsque le tuyau est soumis à une contrainte faible ou moyenne sur une longue période, a déclaré Pluimer. Pour tester des tuyaux en plastique vierges, un échantillon de plastique est encoché avant d'être chauffé et soumis à une contrainte, une procédure officiellement appelée test de contrainte ligamentaire constante encochée (NCLS).

Mais ce test ne donne pas un aperçu de la façon dont la contamination affecte la fissuration sous contrainte, ils ont donc développé une procédure de test pour les spécimens en plastique non encochés, appelée test de contrainte ligamentaire constante sans encoche (UCLS). En utilisant cette procédure, ils ont testé des échantillons de plastique à contenu recyclé dans trois conditions différentes : 80 degrés (toutes températures Celsius) à 650 livres par pouce carré (PSI), 80 degrés à 450 PSI et 70 degrés à 650 PSI.

Les données ont permis à Pluimer de développer un modèle pour la durée de vie de différents tuyaux sur le terrain. Il a constaté qu'un tuyau avec 98% de PCR sous 500 PSI à environ 23 degrés durerait plus de 100 ans, a déclaré Pluimer.

Ensuite, il a mené des expériences testant la précision du modèle mathématique en mettant d'immenses contraintes sur les tuyaux en PEHD recyclé. Ce travail impliquait deux méthodes de test différentes : utiliser un équipement de laboratoire spécialement conçu pour mettre 1 637 PSI sur le tuyau et, séparément, enterrer une section de tuyau et placer des blocs de béton sur le sol au-dessus, générant 1 528 PSI. Dans tous les cas, lorsque le modèle a indiqué que le tuyau échouerait, il l'a fait, et lorsque le modèle a montré qu'il ne le ferait pas, il ne l'a pas fait.

"Donc, en gros, nous sommes allés neuf pour neuf sur chaque tuyau testé - cela correspondait à nos résultats prédits dans le modèle", a déclaré Pluimer.

De plus, une étude de trois ans a été menée pour évaluer les performances des canalisations à contenu recyclé enfouies à seulement deux pieds sous les voies ferrées, a-t-il déclaré. Le projet a testé des sections à contenu vierge et recyclé, en installant des jauges pour enregistrer les impacts du stress sur les produits.

"Ils ont fonctionné à peu près de la même manière pendant toute la durée du test", a-t-il déclaré.

L'AASHTO a approuvé - et publié en juin 2018 - une norme M 294 révisée autorisant le PEHD recyclé dans les tuyaux. Cependant, des tests périodiques supplémentaires sont nécessaires pour la version en plastique recyclé, y compris un test de temps d'induction d'oxydation, un test d'allongement à la rupture et le test UCLS développé par Pluimer.

Le programme national d'évaluation des produits de transport (NTPEP) de l'AASHTO vérifie les fabricants et s'assure que les tests de tuyauterie requis ont lieu de manière continue. Fragapane, directeur de programme associé du NTPEP, a déclaré que les auditeurs du programme inspectent les producteurs de tuyaux, examinent les documents, les lignes de production et les aires de stockage. Les fabricants doivent être en mesure de retracer le plastique depuis les matières premières entrant dans l'installation jusqu'aux tuyaux finis.

Les auditeurs sélectionnent également des échantillons de tuyaux à tester par des laboratoires extérieurs, qui examinent la teneur en carbone, le diamètre intérieur, l'épaisseur du revêtement, la rigidité/l'aplatissement, la fragilité, les marquages, les perforations, le temps d'induction de l'oxydation, l'allongement à la rupture et l'indice de masse volumique. Ces laboratoires exécutent également les tests NCLS et UCLS, qui impliquent l'application de chaleur et de stress pour voir quand le plastique se casse. Le NTPEP place les résultats des tests à côté des résultats des tests des fabricants, partageant les données avec les DOT des États.

Le NTPEP délivre un certificat d'authentification aux installations produisant des tuyaux conformes, a déclaré Fragapane. Il a montré un échantillon d'un certificat délivré à Advanced Drainage Systems (ADS).

ADS est propriétaire de Green Line Polymers, qui possède huit installations de recyclage aux États-Unis traitant un total d'environ 255 millions de livres de PEHD post-consommation (y compris des produits commerciaux et industriels qui ont été utilisés et jetés) et 170 millions de livres de PEHD post-industriel chaque année, a déclaré Babcanec, responsable du programme national d'ingénierie à l'ADS.

ADS estime qu'environ un quart de tout le PEHD pigmenté aux États-Unis collecté en bordure de rue est recyclé en produits de drainage ADS, a déclaré Babcanec.

En ce qui concerne le développement d'un tuyau M 294 à contenu recyclé, ADS a constaté que le mélange de différentes matières premières est essentiel pour garantir que le tuyau répond aux spécifications de l'AASHTO, car le matériau post-consommation fonctionne assez mal par lui-même, a déclaré Babcanec. D'autre part, le matériau post-consommation est au moins constant dans ses performances, ce qui permet à Green Line de formuler plus facilement des mélanges avec succès.

Le mélange se produit en deux étapes, qui sont toutes deux importantes pour améliorer les propriétés des tuyaux finis. Green Line fait du "mélange de sel et de poivre", ou mélange mécaniquement des flocons provenant de sources post-consommation et post-industrielles. Ensuite, pour homogénéiser davantage le plastique, Green Line le fait fondre et le granule, a déclaré Babcanec. Étant donné que les bouchons en PP sur les bouteilles en PEHD sont difficiles à trier, la contamination par le PP est un problème important. Mais le PP et le HDPE fondent à des températures différentes, ce qui signifie que Green Line est capable d'éliminer le PP avant de granuler le HDPE.

Grâce aux tests, qui ont été menés avec Battelle Laboratories, ADS a développé un tuyau M 294 R composé de 80,5 % de HDPE recyclé, de 15 % de HDPE vierge de poids moléculaire élevé et d'un ensemble d'additifs à 4,5 %, a déclaré Babcanec. Le PEHD à poids moléculaire élevé a encore augmenté la résistance aux fissures de contrainte dans les tuyaux lors des tests NCLS et UCLS, a-t-il noté.

Selon un document NERC-APR, les entreprises suivantes produisent actuellement des tuyaux M 294 avec du PEHD post-consommation : Advanced Drainage Systems (ADS), Crumpler Plastic Pipe, Fratco, Haviland Drainage Products, Lane Enterprises, Prinsco et Timewell.

Bedard, directeur du programme Olefins/Rigids d'APR, a souligné l'importance de la nouvelle spécification pour stimuler la demande intérieure de HDPE récupéré. APR, avec l'aide du NERC, prévoit d'entreprendre d'autres activités pour soutenir l'effort, notamment la création d'un répertoire des fabricants de tuyaux, la publication d'études de cas, la réalisation d'autres activités d'éducation et de sensibilisation et la mesure de l'impact du projet sur le marché.

Babcanec a noté que la spécification permet aux fabricants de recycler les emballages à usage unique en un produit durable avec une longue durée de vie. Et ce produit est bien adapté aux déchets car la couleur n'a pas d'importance (tout est teint en noir pour améliorer la résistance aux UV du produit de toute façon) et les odeurs ne sont pas un problème.

"Nous prenons … des plastiques à usage unique qui ont peut-être au plus une durée de vie de six mois et nous les transformons littéralement en un produit qui durera plus de 100 ans", a déclaré Babcanec. "Je pense que c'est quelque chose dont tout le monde peut être fier."

Interrogé sur les différences de prix entre les tuyaux M 294 vierges et recyclés, Babcanec a déclaré que les prix étaient similaires, sinon identiques. Il a noté qu'ADS et d'autres fabricants devaient effectuer davantage de tests sur les tuyaux à contenu recyclé. Mais Babcanec a également déclaré que le plastique recyclé permet d'assurer un approvisionnement constant en matières premières, ce qui est important dans des situations telles que l'ouragan Harvey, qui a interrompu la disponibilité du plastique vierge dans les usines de la côte du Golfe.

Pluimer a déclaré qu'il pensait qu'il y aurait des hauts et des bas en ce qui concerne les prix, mais certains États sont prêts à payer plus pour des tuyaux en plastique recyclé.

"Nous constatons que certains États souhaitent ou souhaitent payer une prime pour les matériaux fabriqués à partir de contenu recyclé uniquement en raison des avantages du point de vue de la durabilité", a-t-il déclaré.

Cet article a été corrigé pour indiquer qu'ADS a développé un tuyau M 294 R avec un ensemble d'additifs à 4,5 %. En raison d'une faute de frappe, l'article indiquait précédemment le mauvais pourcentage d'additif dans le produit.

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