Benoît VILLEMEJEANNE: Etude des milieux liquides ioniques et solvants eutectiques profonds pour une valorisation des métaux critiques à partir des DEEE

Résumé :
L’augmentation grandissante de la quantité de déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) sur Terre, associée à leurs grandes teneurs en métaux, pousse de plus en plus les acteurs internationaux de la recherche académique et industrielle à développer leur recyclage et, en particulier, la valorisation de la fraction métallique qu’ils contiennent. Le traitement de ces matières complexes (polymétalliques, composites…) s’appuie sur un grand nombre d’étapes successives dont des procédés pyrométallurgiques ou hydrométallurgiques peu respectueux des principes de la chimie verte en ce qui concerne la génération de déchets (effluents, fumées…) et la sécurité des travailleurs. Pour les métaux nobles comme l’or ou le palladium, des solutions acides concentrées ou des réactifs toxiques tels que les cyanures sont nécessaires pour récupérer le métal pur. Ce travail de thèse vise à rompre avec la chimie conventionnelle pratiquée depuis plus d’un siècle dans le domaine de la métallurgie extractive via l’utilisation de nouveaux types de solvants : les liquides ioniques (LI) et les solvants eutectiques profonds (DES). Associés à l’électrochimie, ils permettent de mettre en oeuvre un procédé d’électrolixiviation/électrodéposition directe (EL-ECD) de dissolution du déchet à l’anode et de récupération simultanée du métal cible à la cathode. Une étude visant à comprendre l’impact de la nature de ces solvants ioniques sur les propriétés de solubilisation et d’oxydation des métaux précieux ou de transport de matière (viscosité, conductivité ionique) a été menée. Parmi de nombreux électrolytes, ChCl:EG 1:2 et les mélanges de liquides ioniques à cation imidazolium C4C1Im (NTf2)1-xClx ont montré des propriétés intéressantes pour l’application visée. Une preuve de concept et une optimisation du procédé EL-ECD pour la récupération de Au et Pd en milieu mono-élémentaire dans les mélanges ChCl:EG ont été réalisées. Les rendements faradiques et les vitesses de récupération obtenus permettent d’envisager une application pour de petites unités de traitement des DEEE.

Mots-clés :
Electrochimie, Liquides ioniques, Hydrométallurgie, Métaux précieux, Solvants eutectiques profonds

Composition du jury :
> Rapporteurs :
- Isabelle BILLARD, Directrice de recherche / HDR - CNRS, Grenoble, France,
- Philippe MOISY, Directeur de recherche / HDR - CEA DES-ISEC, Bagnols-sur-Cèze, France
> Examinateur :
- Alexandre CHAGNES, Professeur des universités / HDR - Géoressources, Université de Lorraine, Vandoeuvre les Nancy, France
> Direction de thèse :
- Eric MEUX, Maître de Conférences / HDR - IJL, Université de Lorraine, Metz, France - Directeur de thèse
- Sophie LEGEAI, Maître de Conférences - IJL, Université de Lorraine, Metz, France - Co-directrice de thèse
- Emmanuel BILLY, Docteur - CEA Liten, Grenoble, France - Co-encadrant de thèse