Récupérer quelques grammes de cuivre, d’or ou de tantale dans les cartes électroniques mobilise depuis plus d’une dizaine d’années, chercheurs et industriels. Plusieurs procédés ont été testés, de la pyro- et hydrométallurgie pour les métaux, à la pyrolyse et solvolyse pour les composants plastiques. Mais sans résultat concluant à 100 %. Les enjeux économiques et de souveraineté restent toutefois élevés. Dans le Grand Est, un nouveau projet de R&D, THYMO, a été lancé en 2021 sur les téléphones mobiles. Le procédé de traitement pourrait rejoindre la future usine de recyclage de Terra Nova Développement.

De nombreux procédés d’extraction et de recyclage des métaux précieux contenus dans les cartes électroniques ont été expérimentés en Europe et ailleurs. Cela fait au moins quinze ans que le monde scientifique soutenu par l’industrie, planche sur les technologies les plus performantes. En France, quelques installations ont vu le jour. Terra Nova Développement dans le Nord, Bigarren Bizi dans le Sud-Ouest ou encore Morphosis en Normandie témoignent d’un savoir-faire spécifique à l’échelle de leur site pilote ou industriel mais à ce jour, aucune solution n’a démontré sa véritable performance tant sur le plan économique qu’environnemental. Au niveau européen, une poignée de grandes fonderies industrielles, comme Umicore, Boliden ou Aurubis se démarquent avec des procédés, pour la plupart très énergivores et polluants.

Une carte électronique de téléphone portable contient des fibres de verre, du cuivre, de la résine époxy, des traces de palladium et d’or, du brome et de l’antimoine. Quel que soit le procédé mécanique ou chimique utilisé, l’extraction des métaux reste donc complexe. La principale raison de cette situation tient notamment à la composition des cartes et à l’assemblage (collages et soudures entre différents matériaux). Conséquences, les résines utilisées s’avèrent très gênantes dans des fours de pyrométallurgie ; les fibres de verre et d’aluminium rendent les scories difficilement fusibles ; les halogènes fortement oxydants forment des sels métalliques en se combinant avec les métaux à extraire ; enfin, plusieurs métaux sont par essence antagonistes sur le plan métallurgique.

Valeur marchande à plus de 100 000 €

Malgré ces difficultés, le recyclage représente un enjeu économique et industriel sensible. En France, la recherche ne baisse pas les bras. Des universitaires de la région Grand Est ont démarré le projet THYMO (Traitement hydrométallurgique de cartes électroniques de téléphones mobiles) en 2021 pour une durée de trois ans. A l’origine, l’Institut Carnot énergie et environnement en Lorraine (Icéel) lance en 2020 un appel à projets consacré au recyclage des métaux précieux avec à la clef, un budget de 150 000 euros. Sur le marché des DEEE, les téléphones mobiles renferment plusieurs métaux précieux et stratégiques de très haute valeur. Avec l’augmentation continue des cours des métaux (cuivre, étain, argent, or, palladium, tantale, antimoine), la valeur marchande d’une carte électronique d’un Iphone se chiffre à plus de 100 000 euros à ce jour, souligne Eric Meux, enseignant-chercheur à l’Institut Jean Lamour (IJL) et porteur du projet. Or ces produits usagés sont en réalité très peu collectés. L’alliance française des industries du numérique estime à environ 120 millions, la quantité de téléphones mobiles qui dorment actuellement dans les tiroirs des Français. En considérant qu’un téléphone pèse en moyenne 200 g et que la carte électronique représente 24 % de la masse, le tonnage des cartes à recycler avoisinerait 5400 tonnes, soit en termes de revenus, des dizaines de millions d’euros générés.

Plus de 17 000 appareils pour la science

Le projet THYMO associe au total les compétences de quatre partenaires implantés dans la région Grand Est, entre Nancy, Metz, Vandoeuvre et Bar-le-Duc : l’Institut Jean Lamour, le laboratoire GeoRessources, le Laboratoire Réactivités et Génies des Procédés (LRGP) et du CRITT Techniques Jet Fluide et Usinage (TJFU). Jusqu’en 2024, les travaux vont consister à séparer et à récupérer un maximum de métaux contenus dans les cartes électroniques de téléphones portables. Six étapes ont été programmées. A commencer par la collecte de téléphones usagés. Pour les besoins du projet, un flux de 10 000 appareils a été défini. Après une campagne médiatique régionale intense, les particuliers ont joué le jeu, en donnant leur vieux téléphone pour la science. Une premier gisement de 2000 téléphones a été recueilli à l’automne 2021. Et aujourd’hui, plus de 17 000 appareils ont pu être collectés, provenant de toute la France, mais aussi d’entreprises de reconditionnement (Phone Recycle Solutions), de l’ESS (Ecodair) et de déchèteries de l’Eurométropole de Metz en partenariat avec le gestionnaire Haganis.

A ce jour, environ 5000 appareils ont été dirigés vers le CRITT TJFU pour en extraire la batterie, puis la carte électronique. Le procédé utilise la découpe par jet d’azote liquide à très haute pression et un broyage partiel des cartes, avec tri densimétrique notamment, réalisé par GeoRessources. « L’objectif à terme du CRITT est de travailler sur l’automatisation de cette découpe pour atteindre une cadence de 100 téléphones par minute et éviter ainsi un démantèlement manuel, dangereux et coûteux en main d’œuvre » explique Eric Meux. A l’échelle industrielle, cette opération consistera à placer les téléphones sur un tapis roulant et à utiliser une caméra associée à un système à rayon X pour identifier l’emplacement de la batterie, juste avant l’étape de découpage. Au cours de cette première étape, les coques en plastique de smartphones ont été également séparées et mises de côté, tout comme les écrans renfermant de l’indium et quelques terres rares. Pour l’instant, le projet se concentre sur les métaux, mais une version 2 de THYMO pourrait suivre afin d’étudier le recyclage des polymères.

Procédés moins polluants

Presque deux ans après son lancement, une première réunion des partenaires aura lieu en décembre 2022, pour évaluer les résultats obtenus et la composition des fractions produites. Le projet entrera ensuite dans une seconde phase, la lixiviation chimique ou électrochimique, en privilégiant des réactifs plus respectueux de l’environnement. « Nous allons utiliser à l’échelle du laboratoire de l’eau oxygénée pour remplacer des produits toxiques comme l’acide nitrique, ou le cyanure. C’est ce qui nous démarque des autres procédés jusqu’à présent expérimentés ou utilisés en fonderie » souligne Eric Meux, confiant sur la capacité de séparer et récupérer plus de 95 % de la valeur de la carte électronique : « bien souvent, les installations industrielles misent sur le recyclage du cuivre ou de l’or mais délaissent pour des raisons technologiques ou économiques, la récupération de l’étain, du palladium, du néodyme dans les micro-aimants ou de l’antimoine contenu dans les plastiques. Aujourd’hui, la valeur du palladium sur le marché mondial est estimée à 60 000 euros le kg. On ne peut plus à ce stade, ignorer ces métaux indispensables, même si présents en très faible quantité ». Selon le schéma défini par le projet THYMO, une troisième étape de purification des lixiviats sera réalisée par le CRITT et le LRGP. L’opération portera sur une précipitation sélective des éléments indésirables (Al3+, Fe3+, Pb2+) au moyen d’un réactif biosourcé comme l’acide phytique, présent naturellement dans certains aliments d’origine végétale. Puis les métaux lixiviés seront récupérés lors d’un quatrième étape avec l’électrolyse du cuivre. Dernière étape, à partir des plastiques, GeoRessources tentera d’extraire par traitement thermique autour de 300°C, l’antimoine, de plus en plus difficile à trouver car jamais recyclé.

Sanou Koura, sésame industriel

Au cours de ces travaux, un procédé hydrométallurgique est également envisagé, en synergie avec d’autres techniques de traitement. S’il s’avère concluant et viable, l’ensemble du process pourrait rejoindre l’installation industrielle développée par Terra Nova Développement. L’objectif est de construire en 2023, une usine de recyclage des métaux stratégiques issus de cartes électroniques d’ordinateurs, de téléphones portables et de certains dispositifs médicaux. Baptisé Sanou Koura (du malien « renaissance de l’or »), le site devrait voir le jour à Donchéry, près de Charleville-Mézières. L’usine réhabilitera par la même occasion un site existant, sera à énergie positive et à empreinte carbone réduite grâce à la capture de CO2. Le projet fait partie des cinq premiers retenus dans le cadre de l’appel à projets « Métaux Critiques » de France 2030, lancé en début d’année. Dévoilés en octobre 2022, les lauréats sont soutenus chacun à hauteur de 100 millions d’euros. Pour rappel, le plan gouvernemental France 2030 prévoit un milliard d’euros d’investissements pour déployer des projets de production et de recyclage des métaux stratégiques sur le territoire national en vue d’un approvisionnement pérenne de l’industrie française.

Au-delà de ce projet industriel, les partenaires de THYMO comptent sur de nouvelles coopérations. « L’éco-organisme écosystem, en charge de la collecte et du recyclage des téléphones portables a exprimé beaucoup d’intérêt, tout comme Orange », souligne Eric Meux. L’entreprise travaille en étroite collaboration avec les Ateliers du Bocage, et espère grâce à ces travaux, rapatrier vers la structure de l’ESS, des flux de téléphones portables vendus en seconde main sur le marché africain. Une manière pour l’opérateur de réduire les impacts environnementaux générés par un mauvais traitement des DEEE sur ce continent, et de contribuer au déploiement d’une filière industrielle et pérenne de recyclage des métaux critiques dans l’hexagone.

Crédit : Critt TJFU

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