Axe Métaux stratégiques

Aperçu

Les objectifs généraux du projet Cyclamet sont de :

• Fournir le cadre nécessaire à l’évaluation socio-économique et environnementale du recyclage des métaux stratégiques, intégrant le développement d’indicateurs d’impacts environnementaux pour évaluer la durabilité de leur gestion.
• Développer des opérations unitaires permettant d’optimiser la récupération et la valorisation des métaux contenus dans les objets en fin de vie et de produire des sels ou des métaux commercialisables (épurés, sous forme d’alliage), 
• Fournir des outils et des méthodes destinées à alimenter les autres projets ciblés, 
• S’alimenter des autres projets ciblés en données sur la composition des matériaux et les interconnexions entre phases (métalliques, minérales, organiques) reflétant la complexité des matrices étudiées 

Mots-clés : Recyclage, métaux stratégiques, hydrométallurgie, automatisation, procédés, tri

Tâches

Nos recherches

Évaluation socio-économique
et environnementale du recyclage des métaux stratégiques

• Approche systémique des flux de matière et d’énergie sous contrainte pour le recyclage des métaux stratégiques
• L’industrie du recyclage en Europe : les pays scandinaves aux avant-postes
• Implications des stratégies de recyclage pour l’industrie de la défense
• Développement d’indicateurs d’impact environnemental pour la gestion des métaux stratégiques

Optimiser l’automatisation et le temps de mesure avec pour objectif la mise en place de systèmes d’analyse en ligne pour un tri adapté aux filières de recyclage

• Cibler les cas d’usage pour adapter la méthode (signal/bruit, temps de mesure, mise en forme du spectre incident…)
• Traitement des spectres pour une quantification précise et rapide des éléments d’intérêt
• Automatisation du procédé de mesure avec pour objectif la mise en place d’un système d’aide au dimensionnement (identification des éléments atomiques d’intérêt pour guider le tri / instrumentation / optimisation de la mesure)

Développer des alternatives chimiques douces aux voies hydrométallurgiques complexes et polluantes existantes, pour la récupération des métaux stratégiques.

• Evaluer le potentiel de la chromatographie préparative à l’échelle industrielle pour l’extraction des métaux
• Utiliser des solvants ioniques et coupler électrolyse et électrodéposition (EE) dans une seule cellule comme alternative aux procédés hydrométallurgiques classiques.
• Développer des procédés efficaces et économiquement viables, visant une plus faible production d’effluents et de déchets, économes en énergie et respectant la sécurité des opérateurs

Développer des outils numériques innovants pour soutenir la conception et la mise à l’échelle de procédés hydrométallurgiques pour le recyclage des métaux depuis la lixiviation jusqu’aux étapes de séparation et de purification.

• Développer un outil numérique permettant de décrire les différents phénomènes influençant le procédé et leurs couplages (cas d’étude : Déchets de circuits imprimés (PCBs)
• Prédire les propriétés géométriques des émulsions (aire interfaciale, sites de rupture/coalescence) pour renforcer la fiabilité des prédictions du fonctionnement d’un M/S

Outils pour l’optimisation des procédés

• Développement d’un équipement de microfluidique destiné à la mesure en ligne de paramètres tels que les teneurs en O₂ et CO₂ dissous, les concentrations en ions métalliques…
• Peut-on « jouer » sur le Quorum Sensing pour améliorer la récupération de métaux à partir de déchets électroniques ?

Aperçu

Le projet de recherche CYCLALOOP vise à optimiser le recyclage des métaux stratégiques présents dans divers déchets (cartes électroniques, catalyseurs, alliages industriels, etc.), tout en réduisant leur impact environnemental. Les technologies actuelles de recyclage présentent des limites, comme des pertes importantes de métaux et une forte consommation énergétique.

CYCLALOOP explore des procédés innovants, notamment des traitements à base de solutions salines ou des matériaux avancés pour capter les métaux précieux en faible concentration. Il mise également sur des schémas de recyclage en boucle courte, intégrant des techniques comme le recyclage par voie solide, la biométallurgie ou l’hydrométallurgie. En plus de récupérer ces métaux, le projet étudie leur réintégration dans de nouveaux alliages ou matériaux. Une analyse de cycle de vie permettra d’évaluer l’impact environnemental des solutions développées. Porté par 12 partenaires issus de la recherche publique et privée, CYCLALOOP répond à l’urgence d’améliorer les procédés actuels et de concevoir des technologies viables à grande échelle, au service d’une économie circulaire.

Mots-clés : Recyclage, métaux stratégiques, boucle courte, hydrométallurgie, biométallurgie, voie solide

Tâches

Nos recherches

Recyclage par voie solide
Mathilde Laurent-Brocq (ICMPE)

L’objectif de cette tâche est d’appliquer le recyclage à l’état solide aux déchets stratégiques de fabrication et de les transformer en matériaux pour application structurale dotés de propriétés avancées. L’accent est mis sur les alliages de titane, avec deux grades sélectionnés : le Ti-64 (également appelé TA6V) pour son utilisation répandue dans les applications aéronautiques et biomédicales, et le Ti-6242 pour sa complexité compositionnelle plus élevée. Deux formes de déchets seront étudiées : les poudres et les copeaux. Les principales étapes de la chaîne de recyclage et les propriétés finales des matériaux seront étudiées.

Opérations unitaires d’hydrométallurgie innovantes
Stéphane Daniele (CP2M)

Cette tâche développe des opérations unitaires hydrométallurgiques pour améliorer le recyclage des métaux critiques et stratégiques, en s’appuyant sur les bases établies lors de la Phase 1 du PEPR-Métaux Stratégiques. Elle introduit des techniques de dissolution sélective et des nanomatériaux innovants (NOFs) pour améliorer la récupération des métaux et atteindre une concentration ultra-faible de métaux dans les lixiviats. Les approches basées sur les saumures développées complètent également les travaux de la Phase 1 avec d’autres fluides ioniques, créant une boîte à outils plus complète pour le recyclage des métaux.

Recyclage en boucle courte de métaux récupérés par voie (bio)hydrométallurgique
Anne-Sophie Gay (IFPEN)

Cette tâche 3 se concentre sur la fabrication de matériaux à partir de métaux recyclés. Deux chaînes de valorisation sont examinées, soit une chaîne courte générique, où les métaux critiques obtenus par recyclage hydrométallurgique sont fondus pour produire des alliages avancés ; soit une chaîne en boucle fermée, où la solution de lixiviat polymétallique est directement réutilisée pour reproduire un matériau de même nature que celui qui, sous sa forme de déchet, a été recyclé.

La valorisation réussie des métaux recyclés implique de relever plusieurs défis clés : assurer que la qualité des matériaux issus des métaux recyclés soit équivalente à celle des métaux primaires ; caractériser et quantifier les impuretés ; établir des seuils de tolérance pour garantir les performances des matériaux. La modélisation et la simulation jouent un rôle crucial dans ce processus.

Analyse de cycle de vie
Gaël Fick (IRT M2P)

Cette tâche utilisera l’analyse du cycle de vie (ACV) pour évaluer la pertinence environnementale et guider les choix technologiques et stratégiques. Toutes les voies de recyclage étudiées dans les trois autres tâches seront étudiées et comparées  avec la production primaire de métaux/alliages. Pour étudier ces nombreux procédés avec des maturités technologiques variées, on procèdera en deux temps : ACV « screening » pour identifier les points problématiques et les leviers d’amélioration ; ACV consolidées.