L'épuration d'effluents demande d'extraire de façon sélective, efficace, contrôlée et à moindre coût les ions dissous dans un solvant. L'équipe LCSI de l'IRAMIS propose le procédé SOLIEX, basé sur la fixation de molécules, offrant une très grande sélectivité dans la capture des ions cibles, sur des feutres de grande surface spécifique. De plus, la combinaison avec le procédé FAMOREC, précédemment inventé et breveté par la même équipe, permet une régénération électrique des filtres.
L'objectif des études qui ont conduit à la mise au point du procédé SOLIEX (EXtraction SOlide-LIquide) est d’abaisser les teneurs en césium radioactifs des effluents fortement salins générés par la filière nucléaire. En effet les procédés traditionnels de séparation sur résines sont peu efficaces pour le césium, surtout en présence d’une grande quantité d’ions interférents (sodium, …). Mais l'élimination de ces isotopes radioactifs (période radioactive de ~ 30 ans) dans le cadre du retraitement des combustibles, ou encore de la décontamination suite à un accident nucléaire tel que celui de Fukushima, est un enjeu fort. L'approche utilisée est fortement inspirée des compétences historiques du CEA de l'équipe de Jean-François Dozol, qui a su élaborer des molécules-couronnes et des molécules cages (calixarènes), véritables « pinces à césium » de grande sélectivité [1].
Le procédé SOLIEX, s'appuie sur le procédé FAMOREC [2] (Filtration Active par Matériaux Organiques électro-Commandables) élaboré au LCSI et les compétences dans la synthèse chimique des calixarènes de Vincent Huc à l’ICMMO de l’Université Paris-Sud. Le procédé utilise des calixarènes immobilisés sur un matériau à grande surface spécifique, conducteur ou semi-conducteur, comme des feutres de carbone, pour piéger le césium et ainsi l’extraire des effluents liquides radioactifs.
Ce procédé constitue une véritable rupture technologique par rapport aux procédés utilisant des calixarènes dissous, pour lesquels une étape d’extraction liquide-liquide est nécessaire. Il présente trois avantages décisifs :
- le procédé utilise une très faible quantité de composés organiques qui subissent une très faible radiolyse et le matériau filtre de très faible densité peut être compacté au 1/10ème de son volume. On peut obtenir ainsi une réduction significative du volume final de déchets,
- il est possible de régénérer les filtres en appliquant une tension modérée au feutre, ce qui permet de libérer les ions piégés et de réduire ainsi considérablement le volume des déchets nucléaires,
- enfin le procédé SOLIEX peut très facilement être adapté à la capture sélective et simultanée de plusieurs métaux : il suffit, dans ce cas, d’immobiliser les calixarènes complexants ou d’autres molécules cages appropriées
Le procédé SOLIEX, mis au point pour la capture du césium dans le cadre du retraitement nucléaire, peut tout aussi bien être adapté à l'extraction d'autres éléments présents en faible quantité au sein de mélanges complexes. C'est par exemple, le cas des terres rares, matériaux stratégiques relativement abondants, mais difficiles à obtenir du fait de leur dispersion et de leur concentration usuellement très faible au sein des minerais.
Références :
– [1] Crown molecules » for separating cesium, Jean-François Dozol et Véronique Lamare CEA/DEN, Magazine Clé CEA (2002) n° 46.
[2] Procédé FAMOREC :
Contact : Ekaterina Shilova, Pascal Viel. T : 01.69.08.41.47