Chargement triboélectrique et séparation électrostatique des mélanges de matériaux plastiques granulaires provenant des déchets industriels

Triboelectric charging and electrostatic separation of granular plastic mixtures originating from industrial waste

• Auteur / Autrice : Imed Eddine Achouri
• Direction : Lucian Dascalescu, Thami Zeghloul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 14/02/2022
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers) - Institut Pprime / PPRIME
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Éric Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farida Tomassela
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amar Tilmatine, Khashayar Saleh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets électroniques

Appareils électriques--Recyclage

Triboélectricité

Électrostatique

Champs électriques

Mots clés libres

Séparation électrostatique

Triboélectricité

Charge électrique

Champ électrique

Deee

Electrostatic separation

Triboelectricity

Electric charge

Electric field

Weee

Résumé

La séparation électrostatique désigne l’ensemble des méthodes qui font usage des forces exercées par le champ électrique sur des particules chargées ou polarisées, pour faire le tri des constituants de mélanges granulaires. L'efficacité et la qualité de la séparation électrostatique dépendent de la charge électrique acquise par les particules dans les dispositifs de tribochargement appropriés. L’objectif cette thèse a été de trouver des solutions techniques viables aux problèmes de séparation électrostatique des matériaux plastiques granulaires, pour des applications au recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques. En effet la société CITF, partenaire de cette thèse CIFRE, vise de pouvoir proposer à ses clients des installations capables d’assurer le traitement d’une gamme élargie de mélanges de plastiques granulaires recyclables, avec des rendements de séparation élevés et une meilleure efficacité énergétique. Afin d’atteindre cet objectif, la thèse a dû répondre répondre en amont à plusieurs questions d’intérêt scientifique indéniable :(1) Quels mécanismes physiques (contact particule – particule, contact particule-parois), et quels types de dispositifs de charge (à vibrations, à cylindre tournant, à lit fluidisé,…) pour quels types de mélange de matériaux plastiques granulaires ? (2) Comment évaluer la faisabilité de la séparation triboélectrostatique d’un mélange ?(3) Quelles sont les limites des procédés actuels de séparation triboélectrostatique et quelles sont les solutions pour lever les verrous technologiques ?L’originalité de la démarche repose sur la mise en œuvre de techniques expérimentales de pointe pour une investigation pluridisciplinaire et multi-échelles des phénomènes triboélectriques, électrostatiques et aérodynamiques dont l’utilisation associée au prétraitement des matériaux par une décharge à barrière diélectrique rendrait possible la séparation de mélanges de matériaux plastiques granulaires de tailles < 10 mm.

Electrostatic separation refers to all the methods that make use of the forces exerted by the electric field on charged or polarized particles, to sort the constituents of granular mixtures. The efficiency and quality of the electrostatic separation depends on the electric charge acquired by the particles in the appropriate tribocharging devices. The objective of this thesis was to find viable technical solutions to the problems of electrostatic separation of granular plastic materials, for applications in the recycling of waste electrical and electronic equipment. Indeed, the CITF company, partner of this CIFRE thesis, aims to be able to offer its customers facilities capable of processing a wide range of recyclable granular plastic mixtures, with high separation yields and elevated energy efficiency. In order to achieve this objective, the thesis had to respond in advance to several questions of undeniable scientific interest: (1) What physical mechanisms (particle - particle contact, particle-wall contact), and what types of charging devices (vibration, rotating cylinder, fluidized bed, etc.) for what types of mixture of granular plastic materials?(2) How to assess the feasibility of triboelectrostatic separation of a mixture?(3) What are the limits of current triboelectrostatic separation processes and what are the solutions to remove technological barriers?The originality of the approach is based on the implementation of cutting-edge experimental techniques for a multidisciplinary and multi-scale investigation of triboelectric, electrostatic and aerodynamic phenomena, the use of which associated with the pretreatment of materials by a dielectric barrier discharge would make possible the separation of mixtures of granular plastic materials of sizes <10 mm.