En raison de leur durée de vie, des flux massifs de batteries Lithium-ion sont actuellement générés. Dans ce contexte, l’Union Européenne impose des en termes de recyclage d’au moins 70% des matériaux contenus dans les batteries avec des seuils de réincorporation de métaux recyclés en Li, Ni et Co entre 10 et 20% dès 2035. Une batterie est constituée de quatre éléments principaux : une cathode, une anode, un liant polymérique et un électrolyte. Du fait de l’absence de standardisation, son recyclage est une opération délicate et dangereuse du fait de risques électriques, chimiques et d’emballement thermique. Les voies actuelles de recyclage, mettant en œuvre des étapes de pyro/hydrométallurgie nécessitent des flux d’énergie élevés ou des volumes élevés d’acides minéraux. Le projet de thèse se propose d’étudier un procédé de recyclage en voie hydrothermale entre 150 et 300°C, novateur et environnementalement sobre, d’électrodes de batteries en fin de vie, avec pour objectif de récupérer sélectivement les métaux d’intérêt (objectif de rendement d’extraction en Li, Co, Ni et Mn supérieur à 95%). Dans une première étape, ce procédé sera mis en œuvre en mode batch sur des rebuts de production représentatifs et couplée à des étapes de précipitation et d’extraction solide-liquide en vue de récupérer les métaux d’intérêt. Par la suite, ce traitement de lixiviation sera considéré en mode semi-dynamique sur ces rebuts. Sa mise en œuvre permet de maitriser le caractère oxydoréducteur du milieu et le contrôle décorrélé de la pression et de la température, afin d’extraire séquentiellement les métaux. Des approches de modélisation visant à déterminer l’étape cinétiquement limitante de récupération des métaux et définir la température idoine de par le calcul de constantes d’équilibres thermodynamiques de précipitation/complexation. Un bilan énergétique sera mis en œuvre afin d’évaluer et de comparer ces deux voies en vue d’étudier le cycle de vie complet du procédé.
La thèse se déroulera sur le centre de Marcoule situé à 30 minutes d’Avignon, dans une équipe pluridisciplinaire avec des compétences dans le domaine de la mise en œuvre de procédés de recyclage par fluides supercritiques et/ou adsorption en lit fixe. Le candidat recherché est un ingénieur/titulaire d’un master 2 avec un profil génie des procédés/génie chimique et des compétences souhaitées en chimie analytique et chimie inorganique. Le candidat acquerra une première expérience dans le recyclage de batteries, qui constitue une des problématiques majeures liées à l’économie circulaire des énergies. Il pourra, selon l’orientation visée de la thèse, poursuivre sa carrière dans le milieu académique ou dans l’industrie de la production de batteries ou du recyclage.