Thèse : Caractérisation de systèmes biphasiques aqueux pour le recyclage des métaux - Gautier Meyer

Les nécessités de recyclage des ions métalliques, omniprésents dans de nombreuses applications industrielles telles que les batteries ou la microélectronique, suscitent une recherche intense de procédés chimiques non-polluants. À des fins d’extraction liquide-liquide, les solutions biphasiques aqueuses et acides, AcABS (Acidic Aqueous Biphasic Systems) présentent une alternative prometteuse. Dans le cadre de cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés physico-chimiques d’ABS composés d’un liquide ionique, le chlorure de tributyltetradecylphosphonium et d’acides forts.

La séparation de phase est ici favorisée par l’addition de sel ou d’acide dans la solution et l’augmentation de la température. Les mécanismes de séparation ont pu être mis en évidence à partir de l’organisation structurale de la solution et de la titration précises des espèces ioniques : la solution est caractérisée par la formation de micelles sphériques, dont la répulsion électrostatique est plus ou moins écrantée par la présence d'ions en solution et par l'adsorption de ces derniers à la surface des micelles suite à une augmentation de la température. L’interface entre les deux phases aqueuses a une tension de surface très faible et s’étale sur plus de 60 Angstrom, montrant que le liquide ionique ne forme pas de monocouche à l’interface comme il serait attendu pour un surfactant.

Le dernier point particulier de ces systèmes est la cinétique de séparation particulièrement longue. Par des modèles simples dérivés de l’équation de Cahn-Hilliard, nous avons pu prédire le temps caractéristique de la séparation de phase, dominée par les forces de gravité sur les gouttes d’une phase dans l’autre et dépendant de la viscosité et de la tension de surface.

Enfin, la migration des ions métalliques dans les solutions pourra être étudiée grâce au montage expérimental et à l'analyse des résultats développés au cours de ce travail, permettant la caractérisation des processus de diffusion des ions métalliques dans chacune des phases et à travers l’interface.

Jury :

Emmanuelle Dubois (PHENIX, Paris), Damien Bourgeois (ICSM, Marcoule), Mathieu Salanne (PHENIX, Paris), Jean-Michel Andanson (ICCF, Clermont-Ferrand) et Elisabeth Charlaix.

Direction de thèse: Marie Plazanet et de Isabelle Billard