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

Après dissolution du combustible et séparation des différents éléments par le procédé PUREX, la majeure partie des produits de fission et des actinides mineurs est calcinée puis vitrifiée dans des verres de conditionnement des déchets nucléaires. Parmi ces produits de fission, certains précipitent et ne sont pas immobilisés dans la phase vitreuse dédiée aux déchets de haute activité à vie longue. Les éléments platinoïdes Pd-Rh-Ru sont insolubles dans le verre nucléaire. En fonction du potentiel d'oxygène imposé par la fritte de verre, ils précipitent sous la forme de phases oxydes complexes ou de composés intermétalliques principalement alliés aux éléments chalcogènes Te et Se. Au contraire, le molybdène reste oxydé lors des dernières étapes du procédé de vitrification. Très réactif vis-à-vis des oxydes constitutifs de la fonte verrière, il forme majoritairement des molybdates. Au cours de cette thèse, la thermodynamique des systèmes chimiques contenant le molybdène (Mo), les éléments platinoïdes Pd-Rh-Ru et les chalcogènes Se-Te ont été étudiés expérimentalement. En parallèle, la thermodynamique de ces systèmes chimiques est également modélisée par la méthode Calphad. L'objectif de cette modélisation est de prédire les phénomènes de cristallisation du molybdène et des platinoïdes observés au cours des étapes de vitrification en fonction de la composition et de la température. Ces modélisations permettent d'effectuer des calculs d'applications en lien avec le procédé industriel de vitrification. / After the dissolution of the used fuel and the separation of several elements by the PUREX process, the high level nuclear wastes composed of fission products and minor actinides are reprocessed and vitrified in nuclear glasses at AREVA La Hague plant. Some of the fission products precipitate : they are not solubilized in the glass matrix. On the one hand, platinoids Pd-Ru-Rh are not soluble in the nuclear glasses. Depending on the oxygen potential, they form complex solid oxyde phases or intermetallic compounds containing chalcogen elements such as selenium and tellurium. On the other hand, the molybdenum forms only oxide phases during the vitrification process. It reacts strongly with the oxide phases present in the glass melt to form mainly molybdate phases. Some of these phases are only temporary formed but other are more stable and can precipitate in the glass matrix when a large amount of molybdenum is supplied. In this thesis, the thermodynamics of the chemical systems containing molybdenum, the platinoid elements Pd-Rh-Ru and the chalcogen elements Se and Te were experimentally investigated. At the same time, these chemical systems were modeled with the Calphad method so as to be able to predict the crystallization phenomena of molybdenum and the platinoids occurring during the vitrification as a function of the composition and the temperature. These modelings are useful to perform application calculations in relation with the vitrification process.

La vitrification des déchets nucléaires de hautes activités est une étape importante à maîtriser afin d’assurer leur confinement. Depuis 2010, un procédé de vitrification en creuset froid présentant de nombreux avantages est exploité à cet effet dans l’usine de La Hague. Cette technologie est basée sur la circulation de courants électromagnétiques directement dans la charge du creuset dont les parois sont refroidies. Grâce au gradient thermique créé entre ces parois refroidies et le bain de verre en fusion, une couche de verre solide appelée autocreuset est formée jouant le rôle de barrière anticorrosive et électriquement isolante. Du fait de leur composition et de leur microstructure complexes, l’étude des propriétés électriques et diélectriques des verres d’intérêt nucléaire et la compréhension des phénomènes mis en jeu sont nécessaires afin de maîtriser convenablement le fonctionnement du procédé en creuset froid ainsi que les simulations thermo-hydrauliques qui lui sont associées.L’étude présentée ici porte sur la description des phénomènes de mouvements de charges électriques à l’origine des propriétés électriques et diélectriques ayant lieu au sein de verres borosilicatés d’intérêt nucléaire. Des relations entre ces propriétés et la composition ainsi que la microstructure de ces verres sont également établies. Ces problématiques sont tout d’abord abordées dans le cas de deux verres technologiques inactifs de compositions complexes grâce à des caractérisations microstructurales et des mesures d’impédance complexe à l’état solide. Une description plus détaillée des phénomènes mis en jeu est réalisée grâce à la caractérisation de verres simplifiés à 5 oxydes (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 ou -MoO3) permettant ainsi une meilleure compréhension des mouvements de charges selon la fréquence du champ électrique, la température ainsi que la composition et la microstructure du matériau. / The vitrification of high-level nuclear waste is an important step to master in order to ensure their immobilization. Since 2010, a cold crucible induction melter is used in the La Hague plant due to its advantages. This process is based on electromagnetic currents directly induced on the load of the crucible whose walls are water-cooled. Thanks to the thermal gradient established between these cooled walls and the molten glass, a solid glass layer called self-crucible is created which protects the crucible from corrosion effects and acts as an electrical insulator. Due to their complex composition and microstructure, the study of electrical and dielectric properties of nuclear glasses and the understanding of the related phenomena are necessary in order to efficiently master the cold crucible process and the associated thermo-hydraulic simulations.This study is dealing with the description of the electric charge motion phenomena involving the electrical and dielectric properties of the nuclear borosilicate glasses. Relationships between these properties, the composition and the microstructure are also given. These issues are firstly broached through the investigation of two industrial inactive glasses of complex composition thanks to microstructure characterizations and complex impedance measurements in the solid-state. A more detailed description of the phenomena is performed thanks to the characterization of simplified glasses containing 5 oxides (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 or -MoO3) allowing a better understanding of the charge motion according to the electrical field frequency, the temperature, the composition and the microstructure of the material.

La minéralisation platinifère étudiée dans ce travail se situe dans le grand massif ultrabasique du sud de la Nouvelle-Calédonie, à l'embouchure de la Rivière des Pirogues. La transformation exogène qui affecte les roches émergées de la ceinture intertropicale, a édifié aux dépends des péridotites de Nouvelle-Calédonie, d'épais manteaux latéritiques enrichis en métaux. L'objectif de cette étude a été de caractériser les évolutions chimiques et minéralogiques qui affectent les phases porteuses d'Eléments du Groupe du Platine (EGP) dans cet environnement latéritique. L'étude pétrographique et pétrologique de trois profils d'altération dans la zone anomale en platine-palladium, a permis de mettre en évidence le rôle majeur de la serpentinisation hydrothermale dans l'évolution de la minéralisation platinifère. Cette altération pré-météorique a néoformé et formé des Minéraux du Groupe du Platine (MGP) par désulfuration de phases préexistantes et par précipitation de nouveaux minéraux. Au contact de l'atmosphère et de l'hydrosphère, les MGP évoluent différemment selon leur composition chimique. Les phases très riches en platine de type isoferroplatine (Pt3Fe) sont stables dans le manteau d'altération, alors que les phases plus riche en fer, cuivre et palladium, comme le tétraferroplatine (PtFe), la tulameenite (Pt2FeCu) ou les oxydes de Pt-Fe subissent une dissolution incongruente, avec une lixiviation sélective de leurs composants chimiques. La caractérisation géochimique à la microsonde électronique des cortex d'altération, révèle le gradient de mobilité suivant lors de la transformation latéritique des MGP : S > Cu > Pd > Fe > Pt. Quel que soit le minéral parental, la phase néoformée est relativement enrichie en Pt, et tend à acquérir la configuration chimique de l'isoferroplatine (Pt3Fe).