Etude du comportement physico-chimique des agglomérats de particules dans le contexte des procédés de lixiviation lors du recyclage des matériaux de batteries

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Etude du comportement physico-chimique des agglomérats de particules dans le contexte des procédés de lixiviation lors du recyclage des matériaux de batteries

Le recyclage des batteries lithium-ion en fin de vie est désormais indispensable afin de limiter la dépendance aux importations et aux ressources naturelles et s’inscrit dans la stratégie européenne de la transition vers l’économie circulaire. La transformation des déchets issus de ces batteries doit permettre une gestion durable des matériaux et réduit l’impact environnemental de l’extraction minière. Parmi les différentes techniques de recyclage, l’hydrométallurgie est aujourd’hui incontournable pour le recyclage des métaux.

Mais à ce jour, ce procédé souffre d’un manque d’optimisation pour atteindre les meilleures performances. En particulier, la stratégie de lixiviation dépend de la nature des espèces chimiques et de leurs interactions. La black mass (BM), matière issue des premières étapes de prétraitement des batteries usagées, est une matière complexe chimiquement, et morphologiquement hétérogène. La lixiviation repose sur l’interaction liquide/solide et est gouvernée par des mécanismes régis par la taille, la porosité, ainsi que le gradient de diffusion au sein du grain solide.

Dans ce stage, on se propose de contribuer à une meilleure optimisation du procédé de lixiviation via l’étude du comportement physico-chimique des agglomérats de particules générés pendant la lixiviation. Ce stage comprendra deux études principales qui peuvent être menées en parallèle :

Il s’agira d’une part d’étudier par granulométrie laser par voie humide l’évolution de la taille et de la morphologie des particules issues de la lixiviation de la Black Mass, en fonction des contraintes appliquées (cisaillement plus ou moins fort, application d’ultra-sons). En effet, notre département dispose d’un granulomètre SYNC de Microtrac qui intègre une technologie de diffraction tri-laser très précise et une analyse d'images polyvalente. La technologie de mesure synchrone permet d'effectuer à la fois une mesure par diffraction laser et une mesure d'analyse d'image sur un seul échantillon, dans la même cellule d'échantillonnage au même moment.

L’objectif est donc de développer une méthodologie de mesures adaptée pour l’étude d’une part d’échantillons de BM déjà prétraitée et d’autre part d’échantillons de BM à différentes étapes du procédé de lixiviation. On espère ainsi recueillir des informations sur l’impact du prétraitement sur le comportement des particules agglomérées lors du processus de lixiviation.

D’autre part, on étudiera le comportement des particules dans le cadre d’un procédé de prétraitement de la BM par flottation. La flottation consiste en l’injection de bulles d’air dans une matrice aqueuse contenant des particules de BM mises en suspension. Certaines particules hydrophobes composant la BM pourront s’accrocher aux bulles d’air et ainsi remonter pour être concentrées dans un surnageant. Pour observer, en amont des tests de flottation, les phénomènes mis en jeu lors de l’accroche de ces particules sur une bulle de gaz, un protocole expérimental a été mis en place en utilisant un tensiomètre à bulle pendante (Dispositif Tracker de Teclis).

Le second volet du stage consiste en l’optimisation de ce protocole expérimental en termes de préparation d’échantillons, de paramètres opératoires, de prise d’images par caméra pour quantifier la matière accrochée à la bulle ou faire un comparatif visuel exhaustif des différents tests. Une revue bibliographique pourra également être réalisée afin d’identifier les additifs pouvant changer la mouillabilité des particules de BM pour une meilleure accroche sur la bulle d’air. Des tests impliquant l’ajout des produits jugés les plus pertinents pourront compléter cette partie, afin d’observer leur éventuel impact.

Profil recherché :

Ce stage de 5 à 6 mois s’adresse à un étudiant ingénieur ou M2 Matériaux / Chimie / Physique / Physico-Chimie / génie des procédés

Date : à partir de Février 2026
Lieu : IFPEN, dpt physico-chimie des interfaces et des fluides complexes, Rueil-Malmaison (92)
Rémunération : 1130 €/mois (brut)