TRIPTIC Séminaire de restitution - 4 février...
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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
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Exemple d’excitation et de signal de réponse
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Signatures
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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
Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Choix des traceurs en FX
Principe de la fluorescence X
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Choix des traceurs en FX
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Choix des traceurs en FXElément rare comme bon candidat traceur, oxyde chimiquement inerte, énergie fluorescence K (> 15 keV)
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Choix des traceurs en FX
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Choix des traceurs en FX
Boulogne Billancourt ‐ 4/2/2014 11Séminaire de restitution TRIPTIC
Choix des traceurs en FX
Ce NdGd
Dy
Er
Yb
1000ppmGe Hp150kV0.2mACu=2mm
Sans traceur
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Choix des traceurs en FX
Y
Ce
NdGd
Dy Er Yb
SDD1000ppm150kV/20mACu=0.5mm
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Choix des traceurs en FX
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)
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
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)
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Choix des traceursC. Lambert - Tracing Technologies – E. Maris - ARTS&METIERS
Etude de faisabilité du tri de plastiques tracés par fluorescence UV
Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
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
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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
Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
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
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
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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)…
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Séminaire de restitution du programme TRIPTIC, 04/02/2014
Exemples de variations de cours 2012 de quelques terres rares
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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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