Approche expérimentale et théorique pour la sélection de solvant à eutectique profond pour la délamination de panneaux photovoltaïques

Le recyclage des assemblages multimatières comme les panneaux photovoltaïques (PV) est nécessaire pour garantir la circularité des matières. Aujourd'hui principalement réalisé par pyrométallurgie, le recyclage des panneaux PV reste limité en termes de récupération de matières (polymères incinérés, rendements en silicium et argent récupérés faibles) et émissif de gaz à effet de serre et toxiques, comme le HF provenant de la dégradation des polymères fluorés.
Les procédés de délamination chimique consistent à immerger les panneaux dans un solvant chaud pour faire gonfler les polymères liant les assemblages et séparer les différents matériaux. Ces procédés ont le potentiel de permettre de bien meilleurs rendements de récupération de toutes les matières, mais ils sont impactant environnementalement du fait des conditions opératoires (température, temps) et du solvant utilisé.
Le choix du solvant est le critère déterminant l'impact du procédé. Dans la littérature actuelle, ce choix repose surtout sur des approches par essai erreur, laborieuses. De plus, les solvants efficaces restent souvent toxiques et inflammables, limitant la pertinence environnementale des procédés.
Les solvants à eutectiques profonds (DES), associant un donneur et un accepteur de liaison hydrogène (HBA et HBD), présentent des propriétés de solvant intéressantes pour de tels procédés. L'utilisation de molécules organiques hydrophobes comme donneur et/ou accepteur permet de donner un caractère hydrophile et lipophile à ces solvants, leur donnant une capacité à interagir avec une large variété de composés, y compris des polymères. Les combinaisons HBA/HBD étant très nombreuses, il est nécessaire de développer une méthode de choix de solvant plus systématique que les méthodes actuelles.
Le sujet de thèse propose une méthodologie combinant modélisation chimique et mesures expérimentales pour mieux comprendre les effets des structures des HBA et HBD sur les propriétés des DES, et faciliter leur future sélection. L'étude se focalisera sur l'identification des interactions entre le DES et un polymère typiquement utilisé dans les panneaux PV, l'EVA (ethylène vinyl acétate) par des phénomènes de solubilisation de polymères et de solvolyse (rupture de liaisons covalentes), pour identifier les contributions au phénomène de délamination. En fin de thèse, la sélection de DES sera validée en réalisant une démonstration de délamination d'un panneau et en analysant les couches séparées pour comprendre le mécanisme de délamination.

Verres pour les centrales photovoltaïques de demain : liens entre transport ionique, haute tension et vieillissement

La thèse proposée porte sur le vieillissement des verres utilisés dans les modules photovoltaïques, un enjeu clé de la transition énergétique. Les centrales solaires de grande puissance fonctionnent à des tensions de plus en plus élevées, ce qui accélère la migration du sodium depuis le verre vers les cellules — un phénomène aggravé par l'humidité ambiante, appelé dégradation induite par le potentiel (PID). Ce phénomène limite la durée de vie des modules et leur installation en série à moyenne et haute tension. Des travaux récents montrent qu'ajouter d'autres cations à la composition du verre peut réduire cette migration, mais les mécanismes fondamentaux de transport des ions Na? restent mal compris.
L'objectif de la thèse est de caractériser finement ces mécanismes en fonction de paramètres intrinsèques (composition, structure du verre) et extrinsèques (tension, humidité, température), d'abord sur le verre seul, puis sur des modules élaborés avec ces verres. L'approche combinera expériences et modélisation : élaboration et caractérisation physico-chimique des verres, RMN haute température (²³Na, ²?Si, ¹7O, ²7Al) pour sonder les environnements locaux des cations et les énergies d'activation, et dynamique moléculaire (avec et sans champ électrique, y compris sur systèmes protonés) pour étudier la mobilité du sodium et le transport directionnel des ions.
La démarche suivra une complexification progressive : verres seuls, puis matériaux bifaciaux verre-encapsulant, et enfin modules complets soumis aux essais de vieillissement normalisés de l'industrie PV. Le profil recherché est un(e) candidat(e) en sciences des matériaux, idéalement avec des compétences en modélisation atomistique. La thèse s'appuiera sur des collaborations entre le CEA-Marcoule, l'INES (pour la fabrication des modules), le CEA-Saclay et le CEMHTI (RMN), ainsi que Sorbonne Université (simulation).