Résumé
L’extraction liquide-liquide (LL) est la technologie principale de séparation employée dans les procédés hydrométallurgiques pour le recyclage des métaux stratégiques nécessaires à l’économie circulaire. La mise en œuvre industrielle du recyclage repose sur le contrôle du transfert d’espèces entre une solution concentrée d’électrolytes contenant les cations métalliques à extraire sélectivement et une solution de tensioactif lipophile associé à un solvant non miscible à l’eau et des « modificateurs de phase ». Une limitation des procédés d’extraction LL tel qu’utilisés actuellement est la formation de la 3ème phase. De plus, ils induisent un lourd impact environnemental en raison de l’utilisation de volumes élevés de réactifs et l’emploi intensif de solvants organiques non respectueux de l’environnement. Une des stratégies pour répondre à ces problématiques est d’utiliser des systèmes à base d’hydrotropes.Les hydrotropes sont une famille de molécules utilisés pour des applications en biochimie analytique, pharmaceutique et en cosmétique. Ces molécules n’ont jamais été étudiées dans le cadre du recyclage des métaux. Cette thèse est consacrée à la compréhension et la mise en œuvre d’hydrotropes pour l’extraction des métaux, ainsi qu’à l’identification des forces motrices mises en jeu.Ce travail décrit via la démarche « iénaïque », associant les approches supramoléculaire et colloïdale, ce qui se passe lorsque l’on remplace respectivement le diluant, le modificateur de phase et même l’extractant par des hydrotropes. Deux types d’hydrotropes sont étudiés : des hydrotropes qui sont des tensioactifs neutres courts et des hydrotropes électrolytes comme le salicylate de sodium. Dans chaque cas, la détermination des diagrammes de phases et de la nanostructuration des phases sont des préalables nécessaires à la compréhension des forces moléculaires à l’origine des transferts mesurés. L’utilisation des techniques de fluorescence de rayons X, de diffusion de rayons X et des neutrons, de tensiométrie interfaciale ainsi que de calorimétrie ont été déterminantes pour la compréhension des mécanismes sous-jacents à l’extraction hydrotropique.Au prix d’une augmentation de complexité des schémas procédés liés à la solubilité de l’hydrotrope dans les phases aqueuses, nous démontrons que l’emploi d’hydrotropes à la place du diluant ou même à la place de l’extractant, compris par la décomposition « iénaïque », amènent à un gain d’un ordre de grandeur en intensification de procédé et/ou en volume d’effluents produits, ouvrant la voie à l’extraction « raisonnée » des métaux en vue de leur recyclage depuis la mine urbaine.