Les nanoparticules de platine (Pt) représentent environ la moitié du coût de fabrication des piles à combustible à membrane échangeuses de protons (PEMFC), ce qui constitue un frein à leur commercialisation à grande échelle. La récupération du Pt contenu dans les piles usagées apparaît donc nécessaire. Les voies de traitement habituellement mises en œuvre pour le recyclage de catalyseurs à base de Pt sont des procédés pyro-hydrométallurgiques, générateurs d’émissions polluantes (CO2, NO2). Une voie de traitement électrochimique en milieu liquide ionique (LI), plus respectueuse de l'environnement, est proposée ici. Elle combine dans une seule cellule la lixiviation du Pt par dissolution anodique et sa récupération par électrodéposition, dans des conditions de température "douces", sans émission de gaz nocifs. L’étude de nombreux électrolytes a permis de sélectionner les mélanges BMIMTFSI + BMIMCl (bis(trifluorométhylsulfonyl) imidure + chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium), en raison du caractère complexant des chlorures facilitant la lixiviation du Pt et de la bonne stabilité électrochimique du BMIMTFSI. L’anion TFSI-, peu coordonnant, permet de moduler le caractère complexant de l’électrolyte, paramètre clé du procédé influant sur la nature et la stabilité électrochimique du complexe de Pt formé par lixiviation. Au cours de ce travail, les conditions expérimentales permettant de lixivier et d’électrodéposer le Pt dans une cellule unitaire ont été définies et appliquées avec succès aux électrodes de PEMFC. L’électrolyte sélectionné, faiblement hygroscopique, permet la récupération du Pt en atmosphère ambiante / The platinum nanoparticles used as catalyst in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) represent around the half of the total price of the cell and is one of the limitations for their large scale commercialization. The treatment of spent PEMFC through the recovery of platinum catalyst is a major concern for their development. Usual recovery routes for platinum-containing catalysts are pyro-hydrometallurgical processes that generate pollutant emissions (CO2, NO2). An electrochemical recovery route by coupling electrochemical leaching and electrodeposition in ionic liquids (ILs) is proposed here, more environmentally friendly, performed in "soft" temperature conditions and without any gases emission. Studies of several electrolytes lead us to select BMIMTFSI + BMIMCl melts (bis(trifluorométhylsulfonyl) imidure + 1-butyl-3-méthylimidazolium chloride), due to the complexing ability of chloride against platinum and the good electrochemical stability of the RMIM+ cation. TFSI-, a weakly coordinate anion, allows us to modulate the complexing ability of the electrolyte, which is a key parameter affecting the nature and the electrochemical stability of the Pt complex formed after leaching. The optimal conditions of the leaching and electrodeposition steps have been determined during this work and successfully applied to PEMFC’s electrode. The selected electrolyte, which is weakly hygroscopic, allows the Pt recovery under ambient atmosphere

L’agromine est une filière destinée à valoriser des métaux dispersés dans des sols ou autres matrices, à l’aide de plantes hyperaccumulatrices (HA). La première étape consiste à cultiver ces plantes pour obtenir des rendements élevés en métaux et la seconde, à produire des composés métalliques d’intérêt à partir de la biomasse. L’agromine a surtout été développée pour valoriser le nickel (Ni). Jusqu’à présent, la biomasse était brûlée pour concentrer le métal et éliminer les matières organiques. L’enjeu de cette recherche est de concevoir des procédés de récupération du Ni par extraction directe depuis la biomasse, sans brûler la plante. Il s’agit de comprendre les processus impliqués lors de l’extraction du Ni de la biomasse sèche à l’aide d’un solvant et déterminer les formes chimiques des espèces en solution. A partir de là seront mises en œuvre des opérations de séparation adaptées, pour isoler le Ni sous une forme intéressante pour des applications ultérieures. Les expériences de lixiviation à l’eau à 20 °C, menées avec deux HA contrastées, ont démontré qu’il était possible de transférer en solution jusqu’à 80% du Ni présent dans les tissus des plantes. Celui-ci est accompagné des ions majeurs et de composés organiques. L’analyse des composés et la modélisation des équilibres chimiques en solution ont montré que le Ni était complexé à plus de 95% par des ligands organiques, acides carboxyliques, porteurs du Ni dans la plante, ainsi que des complexants plus forts. A partir de ces résultats, des procédés de séparation ont été sélectionnés : la précipitation sélective et l’adsorption sur résine complexante. Ils ont permis de récupérer respectivement 75 et plus de 95% du nickel sous forme sulfure ou composé carboxylique. En revanche, la purification à l’aide de décanoate n’a pas permis d’isoler le Ni. Ainsi, ce travail a permis de mieux comprendre l’extraction du Ni directement à partir de plantes, la spéciation du Ni en solution multiconstituant en présence de ligands organiques, et de valoriser le nickel par des voies jusqu’alors inexplorées avec ce type de matière première / Agromining is a chain allowing the recovery of metals dispersed in soils or other matrices, using hyperaccumulator plants (HA). The first step is to grow these plants to achieve high yields of metals and the second to produce metal compounds of interest from the plant biomass. Agromining has mainly been developed to value nickel (Ni). Until now, biomass was burnt to concentrate the metal and remove organic matter. The challenge of this research is to design processes for Ni recovery by direct extraction from biomass, without burning the plant. It will allow a better understanding of the processes involved in the extraction of Ni from dry biomass using a solvent and the determination of the the speciation in the solution. Then, appropriate separation operations will be implemented to isolate the Ni in an interesting form for subsequent applications.Water leaching experiments, run at 20 ° C with two contrasted HAs, demonstrated that up to 80% of Ni could be transferred from the plant tissues to the solution. Ni is accompanied by major ions and organic compounds. The analysis of these compounds and the modeling of the chemical equilibria in solution showed that more than 95% of Ni was complexed by organic ligands, carboxylic acids (Ni carriers in the plant) as well as stronger complexing agents. From these results, separation processes were selected: selective precipitation and adsorption on complexing resin. They made it possible to recover respectively 75 and more than 95% of the nickel in sulphide or carboxylic compound forms. In contrast, purification with decanoate did not isolate the Ni.Thus, this work has made it possible to better understand the extraction of Ni directly from plants, the speciation of Ni in a multicomponent solution in the presence of organic ligands, and to valorize nickel by ways previously unexplored with this type of material

En raison du risque d’un approvisionnement insuffisant en ressources primaires des terres rares et des impacts environnementaux générés par les zones minières, le concept de l’agromine paraît être une solution très prometteuse. Il permet d’extraire des métaux lourds à partir de sols pollués ou de friches industrielles, par une méthode respectueuse de l’environnement, grâce à la culture de plantes hyperaccumulatrices. Une fois la culture réalisée, des procédés hydrométallurgiques sont développés afin d’extraire des plantes les métaux ayant une valeur économique importante. Le présent travail vise à développer des procédés hydrométallurgiques pour l’extraction des terres rares à partir d’une plante hyperaccumulatrice appelée Dicranopteris dichotoma. Cette fougère est connue pour sa capacité à accumuler les terres rares, notamment les légères, dans sa partie aérienne. Différentes voies d’extraction, puis de séparation des terres rares des autres éléments, ont été étudiées. Dans un premier temps, des lixiviations de la biomasse sèche ont été mises en oeuvre. Les rendements de lixiviation selon la nature de l’extractant ont ainsi pu être comparés. Pour cette voie, une précipitation est ensuite effectuée, suivie d’une calcination pour obtenir les oxydes de terres rares. Dans un second temps, la lixiviation de la biomasse sèche a été intensifiée par un procédé d’échange d’ions au cours duquel les terres rares sont fixées sur la résine. Après avoir percolé sur la résine des solutions qui permettent d’éliminer des impuretés, l’élution permet d’obtenir une solution concentrée de terres rares. Enfin, une troisième voie d’extraction est réalisée à partir des cendres de D. dichotoma, après une étape de combustion. Cette voie repose sur une lixiviation alcaline des cendres permettant l’élimination des impuretés solubles dans ce milieu. Une dissolution du résidu est ensuite effectuée, suivie d’une précipitation sélective des terres rares. Les trois voies étudiées s’avèrent en fait complémentaires et la combinaison de certaines étapes peut s’avérer prometteuse, notamment pour éliminer certaines impuretés. L’étude de ces procédés et de leur combinaison mérite d’être poursuivie afin d’améliorer les rendements d’extraction et la pureté du produit final. Il s’agira ensuite de développer un procédé à l’échelle pilote puis industrielle / Due to the risk of primary resource supply of rare earths and the environmental impacts generated by mining areas, the concept of agromining seems to be a very promising solution. It allows the extraction of heavy metals from polluted soils or industrial wastelands, by an environmentally friendly method, thanks to the cultivation of hyperaccumulating plants. Once the culture is completed, hydrometallurgical processes are developed in order to extract from plants the metals having a significant economic value. The present work aims to develop hydrometallurgical processes for the extraction of rare earths from a hyperaccumulator plant called Dicranopteris dichotoma. This fern is known for its high ability to accumulate rare earths, especially light ones, in its aerial part. Different extraction and separation ways of rare earths from other elements have been studied. At first, leaching of dry biomass was implemented. The leaching yields according to the nature of extracting solutions could thus be compared. For this approach, precipitation is then performed, followed by calcination step to obtain rare earth oxides. In a second approach, the leaching of dry biomass was intensified by an ion exchange process during which, the rare earths are fixed on the resin. After percolating solutions on the resin in order to eliminate impurities, an elution step leads to obtain a concentrated solution of rare earths. Finally, a third extraction process is carried out from the ashes of D. dichotoma, after a combustion step. This approach is based on an alkaline leaching of the ash allowing the elimination of soluble impurities in this medium. The residue is then dissolved, followed by rare earths selective precipitation. These three approaches studied, are actually complementary and the combination of certain steps can be promising, especially to eliminate some impurities. The study of these processes and their combination deserves to be pursued in order to improve the extraction yields and the purity of final product. It will then develop a pilot scale and industrial process

La lixiviation en tas est une méthode industrielle utilisée pour traiter des minerais à basse teneur consistant en la percolation d’une solution de lixiviation à travers un tas de 6 à 9 mètres de haut afin d’en extraire l’élément d’intérêt. Cependant, la présence de nombreuses fines particules et d’argiles au sein du minerai peuvent causer l’apparition de phénomènes de colmatage dans les tas, diminuant l’efficacité de la lixiviation. Afin de résoudre ce problème, les industries du nickel, du cuivre ou encore de l’uranium agglomèrent le minerai, augmentant ainsi sa granulométrie par le rassemblement des fines particules. Néanmoins, l’agglomération de minerais uranifères ainsi que l’impact de la structure des agglomérats sur la lixiviation reste peu étudiée. Cette thèse a permis de caractériser l’évolution structurale et pétro physique des agglomérats de minerais d’uranium au cours de la lixiviation, d’étudier l’influence des conditions d’agglomération sur la structure des agglomérats résultants et enfin d’étudier la lixiviation des agglomérats à l’échelle du tas, par le biais d’essais en colonnes métriques. De plus, les causes de colmatage ont pu être identifiées comme provenant d’une dégradation mécanique des agglomérats entrainant une réduction de la perméabilité et de la porosité du tas / Heap leaching allows processing low grade ores. Basically, this industrial mining process consists in percolating a leaching solution slowly down through an ore heap of 6 to 9 meters high to extract the metals of interest. However, fine particles and clays are often the cause of clogging within heaps, leading to a decrease of leaching efficiency. To solve this problem, copper, nickel and uranium industry uses agglomeration of the ore particles. This process allows adjusting the particle size distribution by gathering fine particles. However uranium-ore agglomeration and the impact of the agglomerates structure on heap leaching remains poorly understood. The current thesis allowed characterizing structural and petrophysical properties of agglomerates and its evolution during leaching, studying the influence of agglomeration conditions on agglomerates structures and finally upscaling there results at the heap scale, using meter scale columns. Clogging phenomena were especially due to the mechanical degradation of agglomerates, causing a decrease of both heap porosity and permeability