Amélioration des procédés de lixiviation in situ via une approche microfluidique

La lixiviation in situ (encore appelée extraction par dissolution) des métaux se présente comme une des technologies les plus compétitives et avec un impact environnemental plus faible que les techniques de métallurgie extractives conventionnelles pour valoriser la récupération de métaux critiques ou encore revaloriser des matières de stériles miniers. Parmi les causes d’un faible taux de récupération de minerai en milieu poreux par lixiviation, on citera la passivation des surfaces minérales et l’hétérogénéité du champ de vitesse qui met en compétition des zones de transfert advectif avec des zones de transfert diffusif dans lesquels les flux de réactifs et produits de lixiviation sont très faibles.

L’objectif de cette thèse est d’apporter une meilleure compréhension des processus de lixiviation des métaux dans les milieux poreux hétérogènes via une étude expérimentale et la modélisation du transport réactif associé. L’approche proposée est centrée sur des expériences de microfluidique. La partie expérimentale reposera sur des expériences de lixiviation dans des micro-modèles couplées à des techniques de caractérisation fine des phases solides et aqueuses pour comprendre les processus de relargage des éléments chimiques. Les résultats obtenus serviront à extraire les paramètres cinétiques de la réactivité. Le programme de travail inclut : i) la fabrication de micro-modèles de complexité croissante, de milieu poreux modèle à milieu naturel, en utilisant les techniques de gravure combinée à de l’impression à jet d’encre minérale et gravure laser ; ii) les expériences de lixiviation visant à une meilleure caractérisation de la réactivité minérale et du transport des éléments chimiques dans les milieux poreux ; (iii) le traitement des données (analyse d’images) ; (iv) les résultats seront utilisés comme paramètres d’entrée pour la modélisation des processus couplés chimie-transport.

Mots-clés : microfluidique, conception micro-modèles, milieu poreux hétérogène, lixiviation, transport réactif.

La thèse se déroulera au Laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) dans l’équipe réactivité aux interfaces et biogéochimie, en co-direction avec le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) dans l’équipe MechaBioFluidics qui a une forte expertise en microfluidique et microfabrication (plateforme de technologie du réseau national ReNaTech), tous deux localisés sur le campus Belin-Roche de l’Université de Toulouse. Elle rentre dans le cadre du projet TIRIS Scalingup Microcoredeal qui vise au développement de micro-modèles avec un enjeu de conception et de fabrication milieu modèle vers milieu naturel. Elle s’inscrit dans le pilier Transitions durables du programme TIRIS (https://anr.fr/ProjetIA-22-EXES-0015), en lien avec les enjeux de transition énergétique, économies et meilleure valorisation des géo-ressources, et décarbonatation des usages.

Le profil attendu est celui d’un(e) étudiant(e) ayant de solides bases en géochimie, chimie-physique, géosciences ou mécanique des fluides, ayant un goût pour les techniques de fabrication, le développement expérimental et le travail pluridisciplinaire. Une expérience en microfluidique et des compétences en imagerie et traitement d’images sont un plus. Le/la candidat(e) devra faire preuve d’une capacité de travail en équipe, de curiosité scientifique et d’esprit de synthèse.