Approches expérimentales et modélisation de l’impact des hétérogénéités morphologiques et chimiques de la black mass sur la récupération des métaux critiques

Les batteries lithium-ion, essentielles pour les véhicules électriques et le stockage d'énergie, jouent un rôle clé dans la transition énergétique. Riches en métaux critiques tels que le lithium, le nickel, le cobalt et le cuivre, ces batteries sont au cœur de chaînes d'approvisionnement fortement dépendantes des importations. Afin de garantir la souveraineté industrielle et de réduire l'empreinte écologique, l'Union européenne encourage le recyclage dans une logique de circularité.
Cependant, le recyclage de la « black mass », une poudre issue du démontage et du broyage des batteries en fin de vie, reste complexe. Bien qu’elle soit riche en métaux précieux, son hétérogénéité chimique et morphologique, qui varie selon les types de batteries et les processus de prétraitement, complique son traitement. De plus, lors de la lixiviation hydrométallurgique – une méthode privilégiée pour son efficacité énergétique et ses taux de récupération élevés – de nombreux défis subsistent, comme les interactions complexes entre réactifs et phases métalliques, ainsi que des paramètres tels que la taille des particules et leur porosité.
Pour répondre à ces enjeux, le projet propose une approche multidisciplinaire combinant expérimentation et modélisation. Cette méthodologie se déploie en trois étapes : (1) une caractérisation approfondie de la « black mass » à l’aide de techniques avancées (ICP, spectroscopie Raman couplé avec analyse morphologique) ; (2) des tests systématiques de lixiviation pour identifier les mécanismes limitants ; et (3) le développement d’un modèle thermocinétique intégrant hétérogénéité chimique et morphologique pour optimiser les processus. Les résultats attendus incluent une meilleure compréhension des mécanismes de lixiviation et développement d’un outil prédictif transposable à d’autres secteurs stratégiques, comme le recyclage des catalyseurs. 

Mots clefs: recyclage des batteries, hydrométallurgie, modélisation cinétique et thermodynamique

• Directeur de thèse    Dr. Laurent CASSAYRE, LGC UMR5503, ORCID : 0000-0001-6876-6086
• Ecole doctorale    ED468 MEGeP, INP Toulouse
• Encadrant IFPEN    Dr. Madina NAUKANOVA, ORCID: 0000-0002-8514-0664
• Localisation du doctorant    IFPEN, Lyon, France et Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Toulouse, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2026 (2 novembre)
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master en Génie Chimique/Procédés/Chimie
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications    Connaissance en modélisation cinétique et thermodynamique

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.