L’extraction raisonnée : une opportunité pour un recyclage local des métaux stratégiques
Résumé
L’économie circulaire n’est un objectif réaliste en France et en Europe qu’associé à un recyclage efficace, acceptable sur le plan économique et environnemental. C’est le cas des matériaux géo-stratégiques, présents en quantités limitée dans le monde et de plus extraits et purifiés avec des quantités gigantesques d’acides forts minéraux, de surfactants, d’extractants et de solvant issus du pétrole.
Le recyclage des terres rares dans un territoire aux normes environnementales strictes est sous la dépendance de trois facteurs : des prix à l’import tenant compte des pollutions et consommations d’énergie hors d’Europe, des normes réglementaires concernant réactifs et effluents, des techniques de recyclage par extraction liquide-liquide en cycle fermé sobres en matières et en énergie. Ce recyclage ne deviendra possible que si une bonne combinaison de ces facteurs apparaît. Par exemple les normes environnementales dans la recyclabilité des aimants permanents d’éoliennes se durcissent mais les avancées scientifiques et techniques en hydrométallurgie ont fait d’énormes progrès au cours des dernières cinquante années grâce au traitement du combustible usé des réacteurs nucléaires pour séparer uranium et plutonium (métal stratégique de l’avenir) des terres rares de autres produits de fission couvrant les deux tiers du tableau périodique.
Nous décrivons dans l’exposé trois avancées majeures récentes qui permettront de concevoir - et nous l’espérons de mettre en oeuvre en France - des procédés d’extraction raisonnée éco-compatibles. Les techniques actuelles reposent sur des plans d’expérience exhaustifs, qui sont ensuite calculés avec un grand nombre de paramètres permettant de reproduire numériquement les valeurs observées par ajustements successifs. La théorie prédictive globale « ienaïque » des variations de potentiel chimique associés au transfert de métaux entre liquides permet maintenant d’affiner par modélisation des procédés résilients envers la variation des intrants. Une innovation radicale est l’utilisation de la synergie d’origine entropique pour diviser typiquement par dix les effluents et quantités d’acide et/ou temps deséjour, réduisant ainsi le cout et l’impact environnemental de la séparation.
Ces nouvelles approches sont dues à deux avancées majeures. D’une part les progrès en nanosciences qui depuis trente ans qui ont permis la caractérisation de l’organisation des phases solvant en micelles et microémulsion par fluorescence X et la mesure directe des énergies libres de transfert, responsables de l’extraction et de la de-extraction. D’autre part les progrès de mise en oeuvre des procédés : centrifugation, extraction sans extractant, extraction par synergie de solvants verts, le tout avec une
teneur réduite en acides forts.
Nous donnerons quelques exemples issus des travaux menés à l’ICSM depuis 2009 et de l’ERC « REECYCLE» depuis 2014 et obtenus plus récemment à SCARCE CEA-NTU localisé à Singapour et sur les perspectives qu’ils ouvrent vers 2030