Etudes thermodynamiques de fluides complexes par un dispositif de caractérisation microfluidique intégré

par Christophe Penisson

Thèse de doctorat en Automatique - productique

Sous la direction de Jean-Christophe Gabriel.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec CEA (hors LETI et LITEN) (laboratoire) .


  • Résumé

    Pour augmenter les performances de nos composants électroniques, les fabricants ont recourt à de nouveaux matériaux tels que les terres rares. Malgré leur nom, les terres rares sont présentes en quantité sur le globe terrestre mais de façon diluée dans les minerais extraits. L'extraction de ces éléments est peu effectuée en Europe mais majoritairement en Asie où les procédés chimiques de séparations employés sont parfois peu respectueux de l'environnement. De plus les industriels européens sont contraints économiquement par le marché asiatique pour l'achat de ces matières premières. En revanche l'Europe dispose d'une grande quantité de déchets électroniques contenant les éléments d'intérêts. Les procédés de recyclage sont donc primordiaux pour réduire notre dépendance économique et répondre aux besoins d'une économie circulaire. Des procédés de recyclage comme par exemple, l'extraction liquide-liquide existent déjà, mais la diversité des déchets présents nécessite d'adapter le procédé en fonction du lot de déchets afin d'améliorer le rendement. Mais l'optimisation d'un procédé nécessite des expérimentations qui peuvent prendre plusieurs années. L'objectif de la thèse est de trouver des moyens innovants pour réduire le temps nécessaire à l'étude d'un système d'extraction liquide-liquide de quelques années à quelques semaines. Pour cela le domaine a besoin d'une instrumentation dédiée pouvant analyser de façon automatique et rapide les procédés. Les travaux de cette thèse ont donc porté sur le développement d'un dispositif microfluidique d'extraction liquide-liquide associé à deux techniques principales d'analyses en ligne. La première technique d'analyse est basée sur une méthode de fluorescence des rayons X (XRF) pour déterminer la performance d'extraction. La seconde méthode est basée sur de la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourrier (FTIR) afin d'étudier l'activité des solvants (aqueux et organiques), informant sur les mécanismes d'extraction.

  • Titre traduit

    Thermodynamics studies of complex fluids with an integrated caracterisation microfluidic chipset


  • Résumé

    To increase the performance of our electronic components, manufacturers are using new materials such as rare earth elements (REE). Despite their name, the REE are present in quantity on Earth but in a diluted way in the ores extracted. The extraction of these elements is little carried out in Europe but mainly in Asia where the chemical processes of separations employed are sometimes not very respectful of the environment. Moreover European manufacturers are economically constrained by the Asian market for the purchase of these raw materials. On the other hand, Europe has a large quantity of electronic waste containing the elements of interest. Recycling processes are therefore essential to reduce our economic dependence and meet the needs of a circular economy. Recycling processes such as, for example, liquid-liquid extraction already exist, but the diversity of the present waste requires to adapt the process according to the batch of waste in order to improve the yield. But the optimization of a process requires experiments that can take several years. The aim of the thesis is to find innovative ways to reduce the time needed to study a liquid-liquid extraction system from a few years to a few weeks. For this the domain needs a dedicated instrumentation that can analyse processes automatically and quickly. The work of this thesis is focused on the development of a microfluidic liquid-liquid extraction device associated with two main online analysis techniques. The first analytical technique is based on an X-ray fluorescence (XRF) method to determine the extraction performance. The second method is based on Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) in order to study the activity of solvents (aqueous and organic), informing about extraction mechanisms.