Brevet FR3140289A1 — publié le 20240405

L’invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux d’un module électronique en fin de vie, comprenant : a) la fourniture d’un mélange de premiers (101) et de deuxièmes (103) éléments, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments (101) présentant au moins une dimension d’ordre millimétrique et les deuxièmes éléments (103) présentant des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm, b) la disposition des premiers et des deuxièmes éléments dans une auge (1) ; c) la séparation spatiale des premiers (101) et des deuxièmes (102) éléments, respectivement vers une extrémité aval (14a) et une extrémité amont (13a), par application d’une vibration mécanique à l’auge (1), inclinée d’un angle (α) compris entre 10° et 30°. Figure 3 PROCEDE DE SEPARATION MECANIQUE DE DIFFERENTS MATERIAUX SEMI-CONDUCTEURS, ISOLANTS OU METALLIQUES D’UN COMPOSANT OU MODULE, PAR EXEMPLE PHOTOVOLTAIQUE, POUR LE RECYCLAGE DE CE DERNIER DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine du recyclage de composants ou modules formés de différents matériaux notamment semi-conducteurs, isolants et/ou métalliques, matériaux qu’il est requis de séparer pour les valoriser efficacement en tout ou partie ; c’est notamment le cas des modules et des cellules photovoltaïques. En particulier, l’invention concerne donc un procédé de séparation mécanique de différents éléments inclus dans un module photovoltaïque en fin de vie, un objectif étant de récupérer le silicium des cellules photovoltaïques, séparé des autres éléments tels que le verre, les métaux (par exemple, cuivre, argent...), etc. ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le déploiement de modules photovoltaïques est en forte croissance depuis quelques dizaines d’années et plus récemment en hausse exponentielle. Il s’avère donc capital de développer des procédés de recyclage pour les modules en fin de vie ou défectueux, car ils sont constitués de matériaux précieux et valorisables, parmi lesquels le silicium, l’argent, etc. Comme cela est illustré sur la , un module photovoltaïque classique se compose de différents matériaux : aluminium (châssis), verre, matière plastique (encapsulant et membrane en polymère), silicium (cellules photovoltaïques), qui comptent ensemble pour environ 99% du poids total. On y trouve également en faibles quantités du cuivre, de l’argent, du plomb, de l’étain et du zinc pour les soudures et la connectique. Le silicium de qualité photovoltaïque possède une pureté très élevée allant de 6N (soit 99,99999%) jusqu’à 11N en poids. Il est important, dans le cadre du recyclage et de la revalorisation de cellules de silicium issues d’un module photovoltaïque, de conserver au maximum cette pureté. Cette haute préconisation de pureté impose ainsi d’avoir une efficacité de tri particulièrement élevée. Lorsqu’un module photovoltaïque doit être recyclé, il est habituellement disloqué en morceaux, par exemple en mettant en œuvre des traitements thermiques (pyrolyse) ou des traitements mécaniques (jet d’eau notamment). Des procédés existent pour séparer ces morceaux selon la nature de leur matériau ; ils sont basés sur une séparation optique, une séparation électrostatique, une séparation par courants de Foucault ou encore une séparation mécanique. A l’échelle de la cellule photovoltaïque, il est notamment requis de séparer le silicium et les lignes d’argent qui forment les contacts électriques. Il existe des traitements chimiques et/ou mécaniques permettant de détacher ces lignes d’argent des morceaux de silicium. On pourra notamment faire référence au document FR3096833 qui propose un procédé de recyclage autorisant la division physique entre le silicium et les lignes d’argent d’une cellule photovoltaïque. Obtenant un mélange de morceaux de silicium et de morceaux d’’argent, il n’est pas toujours aisé de trier et ségréger efficacement les morceaux de matériaux de différentes natures. Dans le domaine du recyclage, notamment des cellules photovoltaïques, il y a donc un fort avantage à simplifier et fiabiliser les procédés de séparation pour recycler la plus grande partie possible des matériaux formant les cellules, ces matériaux pouvant être polluants les uns pour les autres s’ils sont réinjectés mélangés dans une chaine de valorisation. OBJET DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de séparation de différents matériaux (notamment semi-conducteurs, isolants et/ou métalliques) formant des composants ou modules, de manière à recycler et valoriser efficacement tout ou partie desdits matériaux. Le procédé met en œuvre une auge présentant une inclinaison entre 10° et 30° par rapport à l’horizontale : des éléments composés des différents matériaux sont disposés dans l’auge et, soumis à une vibration mécanique, subissent une séparation spatiale dans une zone amont (du côté haut) ou aval (du côté bas) de l’auge, selon les caractéristiques physiques desdits éléments. L’invention concerne en particulier le recyclage de cellules photovoltaïques et s’applique avec une excellente efficacité à la séparation de l’argent et du silicium. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie, comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un mélange de premiers éléments et de deuxièmes éléments, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments présentant au moins une dimension d’ordre millimétrique et les deuxièmes éléments présentant des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm, b) la disposition des premiers éléments et des deuxièmes éléments dans une zone centrale d’une auge, ladite auge présentant une forme de plateau, plein dans la zone centrale, s’étendant dans un plan principal, et comportant des rebords latéraux ; c) la séparation spatiale des premiers éléments et des deuxièmes éléments, par application d’une vibration mécanique à l’auge, ladite auge étant inclinée de sorte que le plan principal forme un angle d’inclinaison compris entre 10° et 30° avec un plan sensiblement horizontal et de manière à définir une zone amont et une zone aval par rapport à la zone centrale de l’auge, les deuxièmes éléments et les premiers éléments, soumis à la vibration mécanique, étant acheminés respectivement vers la zone amont et vers la zone aval de l’auge. Selon des caractéristiques avantageuses de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable : l’angle d’inclinaison est compris entre 10° et 25° ; le composant ou module électronique est une cellule photovoltaïque, à savoir un empilement comprenant une couche de silicium, des couches et des lignes métalliques ; l’étape a) comprend la division de la cellule photovoltaïque par traitement mécanique ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques, le premier matériau composant les premiers éléments étant le silicium, le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments étant l’argent des lignes métalliques ; les premiers éléments présentent une longueur et une largeur comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur de l’ordre de 150μm ; les deuxièmes éléments présentent une longueur inférieure à 500μm, et une largeur et une épaisseur inférieures à 50μm ; le procédé de séparation mécanique comprend une étape d) de récupération des éléments, lorsqu’ils passent au-delà d’une extrémité amont ou d’une extrémité aval de l’auge ; le procédé de séparation mécanique comprend une étape d) de récupération des éléments dans la zone amont ou dans la zone aval de l’auge, un ou plusieurs orifices étant aménagé(s) dans le plateau de l’auge dans ladite zone amont et/ou ladite zone aval ; la vibration mécanique à l’étape c) est appliquée à l’auge par l’intermédiaire d’un système vibrant, solidaire de l’auge, la vibration mécanique présentant une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz ; la vibration mécanique appliquée à l’auge est associée à un mouvement rectiligne d’amplitude comprise entre 1mm et 20mm ; le mouvement rectiligne s’opère selon un axe incliné de 10° à 30° par rapport au plan principal, ledit axe et l’axe longitudinal de l’auge étant inclus dans un plan normal au plan principal ; l’auge est formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées : La présente une vue explosée des constituants d’un panneau photovoltaïque classique ; La présente une auge mise en œuvre dans le procédé de séparation mécanique conforme à la présente invention, (a) en vue de dessus et (b) en vue de côté ; La présente une auge et une séparation entre des premiers et des deuxièmes éléments, conformément à la présente invention. Les figures sont des représentations schématiques sur lesquelles les dimensions relatives entre les différents éléments/composants ne sont pas nécessairement respectées. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION L’invention concerne un procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie. Comme cela sera précisé par la suite, le composant ou module électronique peut par exemple être une (ou plusieurs) cellule(s) photovoltaïque(s) 110, par exemple issues d’un module photovoltaïque 100. Les matériaux considérés sont donc notamment le silicium et l’argent ; ils composent différents éléments 101,103, sous forme de morceaux, qui constituent des objets à séparer et à trier. De manière générale, le procédé selon l’invention est basé sur la séparation spatiale desdits éléments 101,103, dans une auge 1 inclinée de manière adéquate et soumise à une vibration mécanique particulière. Il comprend typiquement : Une étape a) de fourniture de deux types d’éléments 101,103 différents à trier, Une étape b) de disposition desdits éléments 101,103 dans l’auge 1, Une étape c) de séparation spatiale des deux types d’éléments 101,103. L’auge 1 présente une forme de plateau plein, au moins dans une zone centrale 12, s’étendant selon un axe longitudinal A, et comportant des rebords latéraux 11 ( ). L’auge 1 est typiquement formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium ; la dureté du matériau de l’auge 1 doit avoisiner ou dépasser la dureté des matériaux des éléments 101,103 à trier, afin que ces derniers ne l’endommagent pas démesurément. Le plateau est plan et lisse. Les dimensions latérales du plateau peuvent varier de quelques centimètres à plusieurs mètres, selon la quantité de matière que l’on souhaite traiter. Par exemple, l’auge 1 peut présenter une longueur, selon l’axe longitudinal A, d’environ 1m et une largeur de l’ordre de 50cm. La hauteur des rebords latéraux 11 est typiquement choisie de l’ordre de 1cm à quelques cm. Un dispositif de distribution 5 peut être aménagé au-dessus de la zone centrale 12 de l’auge 1, de manière à introduire progressivement les éléments 101,103 sur le plateau de l’auge 1. La séparation spatiale s’opère du fait du déplacement de certains éléments 103 vers la partie plus élevée (dite zone amont 13) de l’auge 1 alors que d’autres éléments 101 se déplacent vers la partie plus basse (dite zone aval 14). Une telle séparation est rendue possible du fait de la géométrie différente (forme plane, forme pulvérulente, etc...) des éléments 101,103 en présence sur l’auge 1, en combinaison avec l’inclinaison et le mouvement vibratoire de l’auge 1. Dans le cadre de la présente invention, l’angle d’inclinaison α de l’auge 1 est compris entre 10° et 30° (+/-0,5°). Notons que l’angle d’inclinaison α correspond à l’angle formé entre un plan horizontal et un plan principal défini par le plateau de l’auge 1. Un mode de réalisation particulier sera ensuite détaillé, dans lequel des plages d’angles d’inclinaison α plus précises sont proposées. La vibration mécanique est avantageusement appliquée à l’auge 1 par l’intermédiaire d’un système vibrant 2, solidaire de l’auge 1. La vibration mécanique présente typiquement une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz, par exemple 50 Hz. Elle peut être associée à un mouvement rectiligne selon un axe parallèle ou normal au plan principal, ou formant un angle quelconque avec ledit plan principal. La vibration mécanique peut également être associée à un mouvement elliptique, qui peut s’opérer dans le plan principal, dans le plan horizontal ou dans tout autre plan. L’amplitude de ces différents mouvements possibles est préférentiellement comprise entre 1mm et 20mm. Selon une variante préférée, le mouvement vibratoire est rectiligne, selon un axe formant un angle compris entre 10° et 30° avec le plan principal (plan du plateau de l’auge 1), étant entendu que le plan principal forme un angle d’inclinaison α compris entre 10° et 30° avec le plan horizontal et que l’axe du mouvement vibratoire et l’axe longitudinal A appartiennent à un même plan normal au plan principal. Le procédé comprend une étape d) de récupération des deux types d’éléments 101,103, lorsqu’ils passent respectivement au-delà d’une extrémité amont 13a ou d’une extrémité aval 14a de l’auge 1. Pour cela, des récipients 3,4 peuvent être agencés en-dessous de chacune des extrémités 13a,14a. Selon une variante possible, un ou plusieurs orifices (non représentés) sont aménagé(s) dans le plateau de l’auge 1 dans la zone amont 13 et/ou dans la zone aval 14, pour laisser passer respectivement l’un et l’autre des deux types d’éléments 101,103 séparés ; chaque type d’éléments 101,103 peut alors tomber dans un récipient 3,4 dédié, agencé sous le ou les orifice(s). Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie, comprend une étape a) de fourniture d’un mélange de premiers éléments 101 et de deuxièmes éléments 103, sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions (longueur L, largeur l, épaisseur e) dans un référentiel orthonormé ( ). Chaque premier élément 101 présente au moins une dimension millimétrique, typiquement supérieure ou égale à 1mm, voire 2mm. Selon une variante avantageuse, chaque premier élément 101 présente une forme générale plane : ses dimensions latérales (longueur L, largeur l) sont donc plus grandes que son épaisseur e. Les premiers éléments 101 sont ainsi caractérisés par au moins une dimension millimétrique et avantageusement, un facteur de forme (dit premier facteur de forme) supérieur à 6, voire supérieur à 10, à 20, à 50, ou encore davantage. Chaque deuxième élément 103 présente des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm. Typiquement les deuxièmes éléments 103 se présentent sous forme pulvérulente, dit autrement, sous forme de très fines particules. Ces éléments 103, outre leurs très petites dimensions, peuvent se présenter sous une forme sensiblement cylindrique, la section du cylindre peut alors être définie par une largeur l et une épaisseur e, ou par un diamètre ϕ si elle est circulaire. L’étape b) comprend la disposition des premiers éléments 101 et des deuxièmes éléments 103 dans une zone centrale 12 de l’auge 1. Rappelons que la zone centrale 12 de l’auge 1 n’est pas limitée au centre du plateau, mais est considérée étendue vers chacune des extrémités amont 13a et aval 14a. L’introduction des éléments 101,103 sur le plateau pourra donc s’opérer plus ou moins près/loin desdites zones amont 13 et aval 14, tout en demeurant dans la zone centrale 12. A l’étape c), intervient la séparation spatiale des premiers éléments 101 et des deuxièmes éléments 103, par application d’une vibration mécanique (telle que précédemment décrite) à l’auge 1, laquelle est inclinée avec un angle d’inclinaison α compris entre 10° et 30° (+/-0,5°). Les premiers éléments 101 sont alors acheminés vers la zone aval 14 (partie la plus basse) de l’auge 1, alors que les deuxièmes éléments 103 sont acheminés vers la zone amont 13 (partie la plus haute) ( ). Avantageusement, l’angle d’inclinaison α de l’auge 1 est compris entre 15° et 25° (+/-0,5°), par exemple autour de 20°. La séparation spatiale des premiers 101 et des deuxièmes 103 éléments est favorisée par le fait que, dans cette gamme d’inclinaison de l’auge 1, le bilan des forces (frottement, pesanteur, réaction de l’auge sur les éléments) est tel qu’il entraine le glissement des premiers éléments 101 (par exemple plans) vers la partie basse de l’auge 1 (zone aval 14). Les deuxièmes éléments 103, apparentés à des poussières, sont très fortement volatiles et soumis aux courants d’air créés par les mouvements vibratoires de l’auge 1 ; ces courants d’air permettent aux deuxièmes éléments 103 de remonter le long du plateau. Quand ils ne sont pas soulevés par les courants d’air, les deuxièmes éléments 103 sont retenus par les micro-aspérités de l’auge 1. Dans ce mode de réalisation, le composant ou module électronique est par exemple une cellule photovoltaïque 110, à savoir un empilement comprenant en particulier un substrat de silicium, des couches et des lignes métalliques. Cette cellule 110 peut être issue d’un module photovoltaïque 100 ( ) en fin de vie, disloqué par pyrolyse ou par des techniques mécaniques (jet d’eau, etc). La cellule photovoltaïque 110 peut aussi venir de rebus de production. L’étape a) peut alors comprendre la division de la cellule photovoltaïque 110 par traitement mécanique (exfoliation) et/ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques : le premier matériau composant les premiers éléments 101 est alors le silicium (totalement ou majoritairement), le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments 103 est l’argent des lignes métalliques. Les premiers éléments 101 peuvent présenter une longueur L et une largeur l comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur e de l’ordre de 150μm. Les deuxièmes éléments 103 peuvent présenter une longueur L inférieure à 500μm et, une largeur l et une épaisseur e (ou un diamètre ϕ) inférieures à 50μm. Ce sont notamment les gammes de dimensions des premiers éléments 101 en silicium et des deuxièmes éléments 103 en argent (fils métalliques) récupérés d’une cellule photovoltaïque 110. L’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications. En particulier, le procédé de séparation mécanique peut s’appliquer au recyclage de toute sorte de composant électronique en fin de vie, et à des éléments composés d’autres matériaux que le silicium et l’argent, tant que les formes respectives des éléments, en combinaison avec les conditions d’inclinaison et de vibration de l’auge, respectent les prérequis énoncés dans la présente description. Procédé de séparation mécanique de différents matériaux semi-conducteurs, isolants ou métalliques d’un composant ou module électronique en fin de vie, comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un mélange de premiers éléments (101) et de deuxièmes éléments (103), sous forme de morceaux, chaque morceau présentant trois dimensions dans un référentiel orthonormé, les premiers éléments (101) présentant au moins une dimension d’ordre millimétrique et les deuxièmes éléments (103) présentant des dimensions inférieures à 500μm et au moins une dimension inférieure à 50μm, b) la disposition des premiers éléments (101) et des deuxièmes éléments (103) dans une zone centrale (12) d’une auge (1), ladite auge (1) présentant une forme de plateau, plein dans la zone centrale, s’étendant dans un plan principal, et comportant des rebords latéraux (11) ; c) la séparation spatiale des premiers éléments (101) et des deuxièmes éléments (103), par application d’une vibration mécanique à l’auge (1), ladite auge (1) étant inclinée de sorte que le plan principal forme un angle d’inclinaison (α) compris entre 10° et 30° avec un plan sensiblement horizontal et de manière à définir une zone amont (13) et une zone aval (14) par rapport à la zone centrale (12) de l’auge (1), les deuxièmes éléments (103) et les premiers éléments (101), soumis à la vibration mécanique, étant acheminés respectivement vers la zone amont (13) et vers la zone aval (14) de l’auge (1). Procédé de séparation mécanique selon la revendication précédente, dans lequel l’angle d’inclinaison est compris entre 10° et 25°. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le composant ou module électronique est une cellule photovoltaïque, à savoir un empilement comprenant une couche de silicium, des couches et des lignes métalliques. Procédé de séparation mécanique selon la revendication précédente, dans lequel l’étape a) comprend la division de la cellule photovoltaïque par traitement mécanique ou chimique, de manière à détacher les lignes métalliques, le premier matériau composant les premiers éléments (101) étant le silicium, le deuxième matériau composant les deuxièmes éléments (103) étant l’argent des lignes métalliques. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : - les premiers éléments (101) présentent une longueur (L) et une largeur (l) comprises entre 1mm et 20mm et une épaisseur (e) de l’ordre de 150μm ; - les deuxièmes éléments (103) présentent une longueur (L) inférieure à 500μm, et une largeur (l) et une épaisseur (e) inférieures à 50μm. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, comprenant : - une étape d) de récupération des éléments (101, 103), lorsqu’ils passent au-delà d’une extrémité amont (13a) ou d’une extrémité aval (14a) de l’auge (1), ou - une étape d) de récupération des éléments (101,103) dans la zone amont (13) ou dans la zone aval (14) de l’auge (1), un ou plusieurs orifices étant aménagé(s) dans le plateau de l’auge (1) dans ladite zone amont (13) et/ou ladite zone aval (14). Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vibration mécanique à l’étape c) est appliquée à l’auge (1) par l’intermédiaire d’un système vibrant (2), solidaire de l’auge (1), la vibration mécanique présentant une fréquence comprise entre 40 et 60 Hz. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vibration mécanique appliquée à l’auge (1) est associée à un mouvement rectiligne d’amplitude comprise entre 1mm et 20mm. Procédé de séparation mécanique selon la revendication précédente, dans lequel le mouvement rectiligne s’opère selon un axe incliné de 10° à 30° par rapport au plan principal, ledit axe et l’axe longitudinal (A) de l’auge (1) étant inclus dans un plan normal au plan principal. Procédé de séparation mécanique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’auge (1) est formée en un matériau choisi parmi l’acier, la céramique, le quartz ou le silicium.