triptic séminaire de restitution - 4 février...

Choix des traceursC. Lambert - Tracing Technologies, D. Chambellan CEA, E. Maris -

ARTS&METIERS

Etude de faisabilité du tri de plastiques tracés

TRIPTIC ( ANR / Ecotech 2009)Séminaire de restitution - 4 février 2014

Exigences et choix des traceurs Pourquoi un traceur?

But : Marquer pour Identifier et/ou Authentifier immédiatement

• Comment?

‐mélange intime avec la matière ou le produit

‐ Tailles microniques et sub‐microniques

• Formulations par

‐ soit Marqueurs courants du commerce

‐ soit Marqueurs modifiés « propriétaires »

• Invisibles à l’œil et inclusion possible de leurres (cas de l’authentification)

• Pérennité d’approvisionnement

Boulogne Billancourt ‐ 4/2/2014 2Séminaire de restitution TRIPTIC

Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014

Fonctionnalités exigées des traceurs

– Stabilité thermique (compatible avec des transformations multiples)

– Stabilité chimique (non‐réactivité avec matrices ou matériaux au contact)

– Stabilité aux rayonnements UV et visibles

– Compatibilité alimentaire (absence de migration)– Signal à très faibles concentrations (ppm)

– Largeur du signal faible

– Rapidité de mesure du signal– Non modification des propriétés physiques, mécaniques, et

chimiques de la matrice

– Compatibilité immédiate avec les processus industriels


Exemple d’excitation et de signal de réponse



Signatures


Choix des traceursD. Chambellan, A. Vabre, P. Reverchon, B. Rattoni, F. Bezati – CEA

List

Etude de faisabilité du tri de plastiques tracés par fluorescence X


Choix des traceurs en FX

Principe de la fluorescence X





Choix des traceurs en FXElément rare comme bon candidat traceur, oxyde chimiquement inerte, énergie fluorescence K (> 15 keV)








Ce NdGd

Dy

Er

Yb

1000ppmGe Hp150kV0.2mACu=2mm

Sans traceur




Y

Ce

NdGd

Dy Er Yb

SDD1000ppm150kV/20mACu=0.5mm



Prix/Réserves Matériaux tracéLimite de détection à

10 ms (ppm)

TraceursPrix pour 1gr de produit (€)

Réserves(ktonnes)

Propriétés Simulation MC

Y2 O3 0,012 1 250

Pas d’influence à 1000 ppm

< 100

CeO2 0,006 47 500 < 200

Nd2 O3 0,022 4 730 < 300

Gd2 O3 0,075 900 < 500

< 700Dy2 O3 0,340 350

< 1000Er2 O3 0,022 110

Yb2 O3 0,250 60 < 2500

Estimation de la limite de détection (simulation)



Traceurs utilisés pour les tests

• Yttrium: meilleure sensibilité (200ppm)

• Iode: problème avec le SDD, mais bonne sensibilité(500ppm)

• Cérium : bonne sensibilité (500ppm)

• Gadolinium : mauvaise sensibilité (>1000ppm)


Choix des traceursC. Lambert - Tracing Technologies – E. Maris - ARTS&METIERS

Etude de faisabilité du tri de plastiques tracés par fluorescence UV


Catégories de traceurs UV

1.Traceurs organiques: sensibles au photo blanchiment

2.Traceurs inorganiques: très stables

• à base de terres rares: rendement quantique élevé, durée de fluorescence élevée 10-2 s

•Sans terre rare : rendement plus faible, durée de fluorescence plus courte 10-9 s

•nano-cristaux semi-conducteurs, appelés également Quantum Dots (QD)

Principe

•Absorption de l’énergie excitatrice par les groupements hôte : spectre UV

•Migration de l’énergie absorbée au sein de la matrice

• Capture de l’énergie par un ion Eu3+ (activateur)

• Emission de l’europium: spectre visible

Familles testées: Traceurs commerciaux, marques déposées

•Complexes de lanthanides dopées lanthanides

•Métaux dopés lanthanides


Caractéristiques des traceurs sélectionnésC. Lambert - Tracing Technologies

Etude de faisabilité du tri de plastiques tracés

TRIPTIC ( ANR / Ecotech 2009)Séminaire de restitution - 4 février 2014


Caractéristiques des traceurs sélectionnés

-stabilité chimique-stabilité thermique (très supérieure à 350°C, généralement très supérieure à 650°C) d’où recyclages possibles-stabilité UV supérieure à durée de vie matériau selon application (ex : automobile: supérieure à 14 ans)-granulométrie: de nano à micron-migration faible-alimentarité possible

-concentrations: 30 ppm et + pour matériaux noirsppm et inférieure pour incolores ou peu colorés

-non-toxicité: pas classées dangereuses au sens de la Directive 67/548/CE-pas de risque selon système GHS-conformité avec REACH car concentrations très inférieures à la limite de 0.1%

-oxydes métalliques dopés ou non de terres rares; du fait des faibles concentrations, pas de problèmesd’approvisionnement ( quantités marginales même si application à l’ensemble des plastiques mondiaux)

-surcoût acceptable car concentrations très faibles; marginal si recyclage





Commentaires sur les terres rares

Hypothèses:-Traceurs dopés de 1 à 3 % en terres rares-Concentrations à 30 ppm de traceurs dans matériaux-Marquage de polymères nouveaux sur le marché de 47 Mt

Résultats:-Utilisation de 14.1 à 42.3 t de terres rares pour production mondialesupérieure à 100 ktsoit 0.014 à 0.042 % du marché

Remarques: Depuis 2011, exploration (+ de 200 compagnies) et découvertes de gisements, réouvertures de mines (ex: Montain Pass), récupération ampoules(Solvay-Recylumà Saint-Fons), retraitement (Rhodia à La Rochelle)…



Exemples de variations de cours 2012 de quelques terres rares


Séminaire de restitution - 4 février 2014

TRIPTIC ( ANR / Ecotech 2009)Traceurs répartis pour identification des polymères et tri industriel en cadence

Dispersed tracers for polymer materials identification & industrial sorting in cadences

V. Massardier, M. Louizi, IMP, INSA Lyon, coordinateur E. Maris, D. Froelich, ARTS ET METIERS PARISTECH LCPI,

D. Chambellan, S. Legoupil, D. Tisseur, A. Vabre, CEA LIST, C. Lambert, JM Hachin, TRACING TECHNOLOGIES

N. Pedoussaut, A. Bourély, PELLENC STB. Couffignal, F. Bezati, RECORD

F. Viot, PLASTIC OMNIUMJ. Beaulieu, M. Teixeira de Melo, RENAULT


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