Identification des concentrations de polymères et additifs pour le recyclage des déchets plastiques : modélisation et spectrométrie
3 days ago
Lyon
Offre de post-doctorat : Identification des concentrations de polymères et additifs pour le recyclage des déchets plastiques à partir de la modélisation des transferts radiatifs et de mesures spectroscopiques. Informations générales : Projet : IdPoly Projet région Auvergne-Rhône-Alpes, volet Preuves de concept Laboratoire d’accueil : CETHIL INSA Lyon Entreprises partenaires : Plas’Tri et Photonlyx Laboratoire partenaire : RAPSODEE (IMT Mines Albi) Date de début : octobre 2026 Durée : 18 mois Contexte : Le recyclage du plastique est aujourd’hui un enjeu majeur pour la recherche et l’industrie . Ainsi, une attention particulière est portée sur les plastiques multi-couches, très utilisés car très légers et polyvalent (plus de 17% de la production mondiale d’emballage) mais complexe à recycler [1]. Le recyclage impose de bien séparer tous les différents polymères composant le plastique, il est donc important de distinguer un polymère monomatière d’un plastique multi-couche, qui peut polluer les gisements de polymères purs en introduisant d’autres polymères indésirables. Identifier les différents polymères permettra de les rediriger vers des voies de recyclage appropriées. De plus, aujourd’hui, aucun outil transportable chez les recycleurs n’est capable de quantifier les additifs et les charges présentes dans les plastiques [2]. En conséquence, des additifs réglementés peuvent ne pas être repérés avant la remise en production après recyclage, et ce manque de connaissance sur la matière oblige les recycleurs à retravailler la formulation avec des additifs entraînant des surcoût pour avoir une matière finale répondant au cahier des charges du client [3]. Description du projet : Dans ce contexte, l’objectif de ce projet est de proposer une méthode d’identification expérimentale basée sur des mesures spectroscopiques et une modélisation optique fine permettant de quantifier les concentrations des différents composés du plastique (polymères et/ou charges et/ou additifs). Pour pouvoir être utilisée sur site en ligne de tri continu ou en station de contrôle, cette méthode devra être rapide et efficace. Face à ces contraintes alliant finesse et rapidité, les méthodes de Monte Carlo symbolique (MCS) sont aujourd’hui un outil prometteur pour l’identification [4]. Les MCS permettent d’exprimer en seul calcul l’observable mesurée sous la forme d’une fonction de paramètres (modèle réduit). Il est ainsi possible de balayer l’espace paramétrique en un seul calcul ce qui permet d’accélérer fortement les procédures d’inversion. Ces approches ont déjà été testées avec succès dans différentes applications pour l’identification de propriétés optiques de céramiques à haute-température [5] et de concentrations de biomarqueurs en imagerie biomédicale [6]. Ces approches seront adaptées à la problématique du plastique pour l’identification des concentrations des polymères, additifs, et/ou charges. Les tâches attendues sont les suivantes : 1) Caractérisation de matériaux (échantillons étalons et plastiques) pour validation : Conception des matériaux étalons dont on connaîtra les concentrations des différents composants et les propriétés optiques. Des mesures sur ces échantillons seront effectuées par Photonlyx, Plas’tri et au CETHIL sur différentes gammes de longueurs d’onde. La connaissance des propriétés et des concentrations de ces matériaux permettra de valider la méthode d’identification qui sera développée dans les étapes 2 et 3. 2) Modélisation directe de la propagation du rayonnement dans les matériaux plastiques. Utilisation des MCS pour proposer des modèles réduits pour l’analyse et la diminution des temps de calcul. Le travail portera sur l’extension des approches développées sur MCS au cas des plastiques multicouches et des plastiques avec additifs et charges. Des développements méthodologiques spécifiques liés aux propriétés optiques des plastiques seront mise en place. Les modèles développés seront validés grâce aux données expérimentales. 3) Identification des composants du plastique : Développement d’une méthode d’identification s’appuyant sur les spectres mesurés (étape 1) et les modèles développés (étape 2). Une méthode inverse rapide et efficace sera mise en place permettant de quantifier les concentrations des composés du plastique avec les incertitudes associées et l’identification sélective de chaque couche. Références : [1] H. B. Adam, M. Yousfi, A. Maazouz, K. Lamnawar, Recycling of Multilayer Polymeric Barrier Films: an Overview of Recent Pioneering Works and Main Challenges. Macromol. Mater. Eng. 2025, 310, 2400414. https://doi.org/10.1002/mame.202400414 [2] Giusti P., Barrère-Mangote C., Maire F., Afonso C., Identification des additifs dans les matériaux plastiques : vanalyse directe par spectrométrie de masse couplée à la mobilité ionique, Actualité Chimique N°386 - juin 2014 https://new.societechimiquedefrance.fr/wp-content/uploads/2019/12/2014-386-juin-p15-barrere-hd.pdf [3]Les additifs toxiques du plastique et l’économie circulaire, septembre 2020. https://ipen.org/sites/default/files/documents/plasticsandadditives_final-low-o-fr.pdf [4] M. Roger, Y. Maanane, M. Galtier, et al., “Symbolic Monte Carlo method based on orthogonal polynomials series: Application to phase function,” in Proceedings of the 9th International Symposium on Radiative Transfer, 2019. https://dx.doi.org/10.1615/RAD-19.360. [5] Y. Maanane, M. Roger, A. Delmas, M. Galtier, F. André, Symbolic Monte Carlo method applied to the identification of radiative properties of a heterogeneous material, J. Quantitative Spectroscopy Radiative Transfer,Vol 249,2020,107019, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107019. [6] L.A. Martinez-Ceseña, M. Roger, M. Galtier, A. Gautheron, L. Mahieu-Williame, B. Montcel, L. Penazzi, A. Delmas, Fluorescent biomarkers quantification with SMC for intraoperative imaging in neurosurgery, 11th Int. Symposium on Radiative Transfer, RAD-25, 16-20 June 2025, Turkey. Contacts pour candidater : Maxime Roger (CETHIL) maxime.roger@insa-lyon.fr Clara Spetebroodt (Plas’Tri) clara.spetebroodt@plastri.fr Lieu de recherche : Principalement : • Centre d’Energétique et de Thermique Lyon CETHIL, Bât Sadi-Carnot, 9 rue de la Physique, Campus LyonTech La Doua, 69621 Villeurbanne Régulièrement : • Plas’Tri 20, rue du professeur Benoit Lauras 42000 Saint-Etienne Des déplacements sont à prévoir sur des périodes de une à deux semaines, entre 2 et 5 par an.