Dans une société de consommation où les matières premières sont amenées à se raréfier voire à disparaître, la gestion de fin de vie des produits devient plus que nécessaire pour préserver nos ressources. Cette gestion de fin de vie s’inscrit dans une démarche de développement durable et d’économie circulaire qui consiste à trouver des solutions scientifiques puis technologiques pour réutiliser le maximum de matières une fois les voitures ou les appareils électroménagers ou les équipements électroniques … deviennent hors d’usage.

C’est dans cette activité de tri sélectif des matières que s’inscrit le projet ELECTRINOV qui associe l’équipe de recherche Electro-Fluido-Dynamique/Triboélectrostatique de l’Institut Pprime de l’université de Poitiers – CNRS, installée à l’IUT d’Angoulême, et l’entreprise charentaise CITF. Ce projet est financé par la région Nouvelle-Aquitaine et l’Europe via le programme FEDER de transfert de technologie, afin de soutenir l’innovation et le dynamisme industriel de notre territoire.

L’équipe Electro-Fluido-Dynamique (EFD) de l’institut Pprime développe des activités de recherche pluridisciplinaires à l’interface entre le Génie électrique et la Mécanique des fluides. Plus précisément, elle étudie les interactions entre les phénomènes électriques et les écoulements. Ces phénomènes électro-fluido-dynamiques se traduisent par la mise en mouvement ou le contrôle d’un écoulement d’un fluide (gaz ; liquide, poudre ou solide divisé) par l’application d’un champ électrique intense, ou à l’inverse, par la génération de charges et/ou la modification d’un courant électrique du fait de l’écoulement d’un fluide. Elle est entre autre spécialiste des phénomènes électrostatiques et possède une solide renommée internationale.

La société CITF, PME basée à Saint Cybardeaux à proximité d’Angoulême est une société dynamique en pleine expansion. Elle s’est forgée une solide renommée dans la conception de machines spéciales historiquement pour les spiritueux et depuis pour de très nombreuses applications. Son activité est axée sur la conception en intégrant les dernières technologies, la réalisation et l’installation de ces machines. L’innovation est donc au cœur de ces activités.

Les déchets d’équipements électriques et électroniques « DEEE » constitués à la fois de métaux plus ou moins précieux (Cu, Aluminium, or…) et de différentes matières plastiques (PVC, ABS, PE, PP, …) sont un exemple typique des produits à recycler. Les circuits actuels de recyclages manquent d’efficacité et leur rentabilité est assez aléatoire. Ils s’appuient le plus souvent sur l’utilisation massive de travail manuel. Le développement d’outils industriels automatiques capables de trier à des taux de pureté élevés les différentes matières contenues dans ces déchets est primordial pour le dynamisme de cette économie.  Le projet ELECTRINOV s’inscrit dans cet objectif.

Tous matériaux et/ou mélanges de matériaux possèdent des comportements électrostatiques particuliers. Grace à cette propriété, il est alors possible d’envisager des procédés industriels pour les séparer en utilisant les forces du champ électrique. Tous ces procédés de séparation électrostatique s’articulent autour de trois étapes adaptées aux spécificités des mélanges à séparer :

Figure 1. Etapes du processus industriel de recyclage des DEEE par procédés de séparation électrostatique.

Phase 1, Broyage : les déchets DEEE à recycler sont découpés/broyés en particules millimétriques homogènes.

Prenons l’exemple du câble électrique : il est composé d’un conducteur, le cuivre, entouré d’une gaine isolante en PVC. Pour recycler ces câbles récupérés dans des voitures ou des appareils électriques hors d’usage ou dans des bâtiments vétustes, la première opération consiste à les broyer pour obtenir un mélange de cuivre et de PVC dissociés physiquement. L’équipe de recherche a mis au point et breveté des procédés et des installations de séparation des mélanges de cuivre et de PVC pour obtenir chacun de ces matériaux avec des puretés supérieures à 99 % (Fig. 2). Ce procédé novateur permet également de valoriser jusqu’aux plus petites particules de cuivre avec une consommation d’énergie très faible offrant ainsi des performances quasi inégalées à ce jour.

Dans le cadre du partenariat avec l’entreprise CITF, une machine industrielle « CP100 » capable de traiter de façon automatique 100 kg de déchets de câbles électriques par heure a été mise au point (Fig. 3). A la sortie de la machine, nous récupérons du cuivre « pur » et du PVC « pur », dans deux bacs distincts. Ce séparateur électrostatique, aujourd’hui commercialisé par l’entreprise CITF, est le résultat le plus significatif du transfert de technologie réalisé dans le cadre de ce partenariat. Un premier doctorant a travaillé sur ce sujet de 2015 à 2018 à la fois au sein de l’équipe de recherche et dans l’entreprise dans le cadre d’une Thèse CIFRE (Convention Industrielle de Formation par la REcherche). Ses travaux ont conduit à la conception, à la fabrication et à la mise au point de la machine industrielle. Cette thèse de doctorat a été soutenue en avril 2018 et le docteur est aujourd’hui employé en CDI dans le département Recherche & Développement de la société CITF.

Un autre exemple de déchets industriels à traiter : les cartes électroniques présentes dans les ordinateurs, les téléviseurs, les voitures, les réfrigérateurs, les machines à laver, les téléphones, … Elles sont composées de plusieurs matériaux conducteurs (cuivre, aluminium, nickel, platine, argent, or, …) et de plusieurs plastiques (PVC, ABS, ….). Une tonne de déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) peut contenir jusqu’à 200 grammes d’or alors qu’une mine produit 5 grammes à la tonne. Le soutien du FEDER a permis de continuer le partenariat équipe de recherche – CITF avec une nouvelle thèse de doctorat CIFRE qui a débuté en février 2019. Dans cette nouvelle thèse, nous nous fixons pour objectifs de perfectionner le prototype du séparateur électrostatique industriel PRD de la société CITF (Fig. 4) et de récupérer les matériaux métalliques et plastiques présents dans les cartes électroniques en vue d’une nouvelle utilisation. Cette activité a engendré des partenariats de CITF avec SUEZ et avec la société REVIPLAST (Haute Vienne).

Parallèlement à ces partenariats industriels, l’équipe de recherche continue à être en veille sur les futurs déchets des DEEE, du recyclage des batteries de Lithium ou encore dans l’industrie agroalimentaire où les mélanges sont constitués de particules fines dont les tailles sont de quelques dizaines de micromètres. Ces recherches ont conduit à élaborer un nouveau séparateur électrostatique pour traiter ces déchets de tailles sous-millimétriques. Ce travail original et innovant s’est concrétisé par le dépôt d’un brevet d’invention national en mars 2018 (FR 1851983) et par son extension à l’international en mars 2019 (PCT/FR2019/050518). Soutenues par la Société d’Accélération du transfert de Technologies (SATT), les innovations du brevet vont faire l’objet de la conception et la fabrication d’un nouveau séparateur électrostatique. Il est destiné à séparer les déchets issus de la production d’un nouveau partenaire industriel.