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Nos Thèses par thème

Sciences pour l'ingénieur >> Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
2 proposition(s).

Etude de l'utilisation de fluides denses pour une économie circulaire à faible impact environnemental dans le domaine photovoltaïque.

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Matériaux et Procédés Silicium

Sciences des procédés et materiaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0594

claire.audoin@cea.fr

L'industrie du photovoltaïque (PV) est génératrice d'un grand nombre de déchets. Outre les déchets de production, (morceaux de lingots, poudre de sciage, rebut de silicium?), des quantités croissantes de panneaux PV en fin de vie seront à traiter d'ici 2030. Etant considérés depuis 2012 comme des déchets DEEE, il est crucial de développer des procédés de recyclage. Les procédés actuellement mis en ?uvre sont essentiellement des procédés mécaniques qui favorisent principalement le recyclage du verre et du cadre d'aluminium. La récupération des matériaux plus critiques comme le silicium, l'Ag, le Cu? apporterait une valeur ajoutée attractive pour les acteurs du domaine. L'un des verrous majeurs de la récupération de ces matériaux est l'élimination ou la délamination des couches du polymère d'encapsulation (EVA) afin de permettre une séparation complète des différentes couches constituant un panneaux PV (Verre/EVA/Cellules PV/EVA/Backsheet). Pour ce faire, il existe des procédés chimiques ou thermiques permettant l'élimination de la couche EVA. Cependant, ces procéder restent des solutions peu respectueuses de l'environnement. Ils produisent à des niveaux plus ou moins importants des effluents gazeux ou liquides dangereux. L'enjeu est de disposer de solutions à faible impact environnemental et économiquement viables. Dans ce contexte, deux laboratoires du CEA, le LPSD (DEN) et le LMPS (DRT) ont réalisé des études de faisabilité d'un procédé de traitement mettant en jeu un ou plusieurs fluides non polluant dans des conditions Subcritique (SubC) ou supercritique (SC) comme le CO2 et l'eau pour le recyclage de modules PV. Ce procédé met en jeu des mécanismes diffusionnels et d'interaction avec la structure multicouche peu connus. La compréhension de ces mécanismes, permettra à terme de définir les paramètres applicables au procédé de recyclage des panneaux PV pour permettre une récupération de matériaux valorisables (Verre, Si, Ag par exemple?). Il s'agit d'explorer le potentiel des procédés mettant en ?uvre des fluides supercritiques dans des conditions non conventionnelles pour la réalisation des différentes étapes clés du traitement des panneaux PV : délamination et extraction des métaux d'intérêts. Pour comprendre ces mécanismes, le candidat aura la possibilité de : concevoir des échantillons spécifiques et les réaliser, mettre en ?uvre des traitements en fluides supercritique ou subcritique et des systèmes complexes, de s'appuyer sur des caractérisations physico-chimiques avancées des surfaces et des interfaces.

Suivi par microscopie in-situ des mécanismes mis en jeu lors du recyclage de matériau utilisés comme électrode pour batterie Li-ion

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Sciences des matériaux, Chimie-Physique

01-10-2019

SL-DRT-19-0629

adrien.boulineau@cea.fr

Ce travail de thèse porte sur la caractérisation des mécanismes mis en jeu dans les matériaux d'électrode pour batterie lithium-ion lors de leur traitement hydro-métallurgique, procédé utilisé lors de leur recyclage. Au cours de ce traitement, différents processus physico-chimiques se produisent et leur compréhension nous est indispensable pour optimiser les procédés de recyclage. L'enjeu de cette thèse est donc de caractériser les évolutions chimiques, morphologiques et structurales des matériaux au cours de leur traitement dans le but d'établir les mécanismes réactionnels mis en jeu. La microscopie électronique est une technique de caractérisation permettant de corréler ces différents types d'évolution et nous avons déjà montré l'apport de cette technique à la compréhension des mécanismes mis en jeux. Aujourd'hui nous souhaitons développer les caractérisations in situ de ces phénomènes de façon à observer en continu l'évolution des matériaux lors de leur traitement. De telles caractérisations nous serviront à établir les équations bilan au cours des différentes réactions et nous permettront d'optimiser les procédés de recyclage en ajustant précisément les quantités des réactifs nécessaires. Il s'agira dans un premier temps de mettre en place la méthodologie nous permettant l'observation des matériaux en milieu liquide dans le microscope. La thèse consistera ensuite à étudier les évolutions de matériaux lors de leur traitement hydro-métallurgique au cours du temps. Les résultats seront confrontés à ceux déjà obtenus et seront utilisés pour optimiser le procédé de recyclage.

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