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La soutenance de thèse de Paul LHOSTE aura lieu le Mardi 30 Mai 2023 à 14h00 en Amphi 100 sur le site de l’ENSIACET à Labège.

Pour les personnes à distance, la soutenance sera également retransmise par visioconférence sur Zoom à cette adresse :

https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/96852167645?pwd=NVcxZkJMcEV6OU9XYjVSU0ZEbmJOZz09

Merci d’éteindre votre micro et votre caméra lors de l’accès à la visio.

La thèse s’intitule « La Technodiversité émergente de la mine urbaine : Etude interdisciplinaire du recyclage des batteries au plomb en Inde« .

Le jury sera composé de :

• Fabrice PATISSON, Professeur Ecole des Mines de Nancy, Institut Jean Lamour – Rapporteur
• Emmanuel GRIMAUD, Directeur de recherche CNRS, Laboratoire d’ethnologie et de sociologie comparative, Univ. Paris Nanterre, Rapporteur
• Martine MEIRELES MASBERNAT, Directrice de recherche CNRS, Laboratoire de Génie Chimique , Examinatrice
• Magali ROSSI, Maîtresse de conférences Université Savoie Mont-Blanc, laboratoire Environnements, Dynamiques et Territoires de Montagne (EDYTEM) , Examinatrice
• Laurent CASSAYRE, Directeur de recherche CNRS, LGC, Directeur de thèse
• Yann-Philippe TASTEVIN, Chargé de recherche CNRS, IRL « Environnement, Santé, Sociétés » , Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD) , Co-directeur de thèse
• Mélina MACOUIN, Directrice de recherche CNRS, Géosciences Environnement Toulouse, Invitée

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Résumé :

Les batteries au plomb, incorporées dans toutes les voitures thermiques de la planète, constituent un objet emblématique des enjeux liés au recyclage et aux objectifs de l’économie circulaire. Des millions de batteries usagées, contenant chacune une dizaine de kg de plomb, viennent ainsi enrichir un gigantesque stock de déchets métalliques et alimenter la mine urbaine. Les motivations de la réutilisation du plomb combinent l’économie de ressources minières, la protection de l’environnement et la valeur monétaire qui peut en être retirée.

La simplicité apparente des opérations de recyclage des batteries au plomb a participé à l’émergence d’une technodiversité de procédés à travers le monde. Ainsi, en parallèle de filières industrielles bien établies, un recyclage artisanal s’est très largement développé dans les pays dits du Sud, avec plus de 20 000 sites informels estimés, répartis dans 90 pays. Si les normes environnementales ont poussé les sites industriels à limiter au maximum les émissions de ce métal toxique, le recyclage non-officiel est une source majeure d’exposition au plomb, contribuant aux 700 000 décès annuels attribuables au plomb dans les pays du Sud.

Certains aspects de ces procédés artisanaux, identifiés comme « trous noirs » de flux de batteries usagées et comme sources d’impacts sanitaires, sont très peu documentés et soulèvent de nombreuses questions, notamment autour des mondes sociaux du recyclage de métaux, des savoir-faire des recycleurs, de la (non) gestion des effets liés à la pollution, mais également de la nature des réactions chimiques mises en œuvre et des performances de ces procédés.

Le caractère multidimensionnel de ces questions a été abordé par une démarche interdisciplinaire mobilisant l’ethnographie, par le biais d’enquêtes de terrain menées dans l’état indien de l’Uttar Pradesh, le génie des procédés, focalisé sur la compréhension des réactions s’appuyant sur l’analyse chimique et le calcul thermodynamique, et enfin les géosciences pour caractériser l’impact environnemental par le prélèvement de marqueurs comme les sols ou la biomasse.

Cette approche a permis de documenter la conversion de batteries usagées en lingots de plomb, réalisée à 900 °C dans des fours de briques auto-construits, grâce à la simple utilisation de charbon et d’air, sans aucun moyen d’analyse ou de pilotage autre que l’expérience sensible des opérateurs. En particulier, si les conditions appliquées (température au sein du four, quantité de charbon utilisée) se rapprochent remarquablement de celles permettant une conversion optimale du plomb disponible, la rusticité de ces procédés implique des impacts environnementaux forts malgré l’existence de moyens simples permettant de les atténuer (p.ex. par réactions chimiques, filtration des cendres). La contamination au plomb dans les sols agricoles environnants a ainsi été mesurée à un niveau supérieur au critère d’alerte de l’UE dans un rayon de 400 m.

Abstract:

Lead acid batteries, contained in every thermal automobile over the globe, represent an iconic object of the stakes of recycling and the shift towards a more circular economy. Millions of used batteries, comprised of tens of kilograms of lead, are feeding a gigantic stock of metallic waste and therefore sustaining the urban mine. The motivations of lead reuse combine mineral ressources savings, environnement protection and the economic value that can be generated from it.

The apparent simplicity of lead acid batteries recycling operations has participated to the emergence of a process technodiversity accross the world. Simultaneously of the well established industrial sector, an artisanal recycling has widely developped in the so called Global South, with more than 20 000 informal sites estimated, spread in 90 countries. Even though the increasing environnemental norms have spured industrial sites to limit their toxic lead emissions, the non-official recycling sector is a major source of exposure, resulting in 700 000 annual casualties directly attributable to lead, mainly in the South.

Some aspects of those informal processes, identified as « black holes » of used lead acid batteries fluxes and health damaging sources, are barely documented and raise several questions, in particular  about the social communities of metal recycling, the operators know-how, of the (non) management of the pollution impacts, but also the nature of the chemical reactions intervening in these processes and their overall performances.

The multidimensional nature of those questions has been addressed by an interdisciplinary approach mobilising ethnographic studies, through fieldwork lead in the indian state of Uttar Pradesh, process engineering, with a focus on the chemical reactions understanding through chemical analysis and thermodynamic calculations, and finally, geoscience to quantify the environnemental impact by the sampling of indicators as soils or biomass.

This procedure has allowed to document the used batteries conversion into lead ingots, performed under 900 °C in the hearth of bricks self made furnaces, through the simple use of coal and air, without any other steering or analysing means than the sensitive experience of the operators. In particular, if the applied conditions (temperature, coal quantity) come close of those allowing an optimal available lead conversion, the process rusticity implies environnemental damages despite the implementation of simple attenuation means (as specific chemical reactions, ashes filtration). The lead contamination of the surroundings agricultural soils has been measured at a higher level than the alert threshold of EU environment protection agency in a radius of 400 m.

Soutenance HDR se tiendra le mercredi 7 Juin à 14h00 dans l’amphi Concorde du bâtiment U4 de l’Université Paul Sabatier.

Les travaux s’intitulant « Procédés électrochimiques : des capteurs embarqués aux matériaux d’électrodes » sont parrainés par Laurent Massot.

Le jury sera composé de :

• Mme Carole CALAS-BLANCHARD, Professeure des Universités, Université de Perpignan Via Domitia – Rapporteure
• Mr Laurent BOUFFIER, Directeur de Recherche CNRS, ENSMAC Bordeaux – Rapporteur
• Mr Didier DEVILLIERS, Professeur Emérite, Sorbonne Université – Rapporteur
• Mme Catherine DEBIEMME-CHOUVY, Directrice de Recherche CNRS, Sorbonne Université – Examinatrice
• Mr Pierre GROS, Professeur des Universités, Université Paul Sabatier Toulouse 3 – Examinateur
• Mr Laurent MASSOT, Maître de Conférences HDR, Université Paul Sabatier Toulouse 3 – Examinateur

Résumé :

Procédés électrochimiques : des capteurs embarqués aux matériaux d’électrode

Mon expérience en électrochimie analytique a été sollicitée au cours des 10 années passées au Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (2011-2021) pour le développement de méthodes de dosage électrochimique des sels nutritifs dans l’eau de mer jusqu’à la conception de capteurs embarqués et la validation opérationnelle en mer d’un capteur pour le dosage des silicates. Les silicates et les phosphates sont détectés de façon indirecte après complexation avec les molybdates en milieu acide, réactifs générés in situ par oxydation d’une électrode de molybdène.

Un autre axe de recherche concerne la détection directe des nitrates dans les eaux naturelles au moyen d’électrodes bimétalliques à base de nanoparticules. Ce volet plus fondamental marque une transition dans ma carrière et a contribué à ma mutation vers le Laboratoire de Génie Chimique que j’ai rejoint en Juin 2021.  Le procédé des dépôts métalliques a été caractérisé par une étude de nucléation et une optimisation de charge, nécessaires pour contrôler la sensibilité de l’électrode.

Mes projets et perspectives de recherche offrant de larges perspectives d’applications et de collaborations futures sont centrées sur l’élaboration de nouveaux matériaux d’électrode à base de dopage de substrats carbonés et métalliques avec des hétéroatomes (N, P,…) par dépôt réactif à haute température en milieu sels fondus.