Littérature scientifique sur le sujet « Aimants – Recyclage »

Abstract A design prototype will be created as part of this research project for the 3R-based Waste Processing Site (TPS 3R) in the Aimas District. The design carried out refers to the Minister of Public Works No. 03 of 2013 concerning the Implementation of Waste Facilities and Infrastructure and Technical Guidelines for 3R-based Waste Management by the Director General of Human Settlements in 2021. According to the study’s findings, the average quantity of waste produced daily in the Aimas District was 1.69 liters per person, or 40.87 m3 per day, with a composition of 38.13 % organic waste, 30.13 % recyclable inorganic waste, and 31.75 % inorganic waste that cannot be recycled. The 3R-based Waste Processing Site building is expected to require an area of 237.75 m2, made up of a room for managing organic waste of 129.75 m2 with composting techniques using seven bamboo aerators, a room for managing plastic waste of 29.50 m2, a space for managing inorganic waste of 6.25 m2, and supporting buildings covering an area of 72.25 m2. At the 3R-based Waste Processing Site, processing is divided into five series: waste collecting, waste sorting, organic waste recycling, inorganic waste recycling, and residue recycling.

Using educative environmental protection events such as “Environmental Protection Pioneer Campaign”, “Rewarding Recycling Campaign”, “Green Efforts Give Great Rewards Event”, “Environmental Protection Workshop”, “Environmental Campaign Day”, “Environmental Protection Carnival” and “Second-hand Bazaar” held in Park Island, Hong Kong, as a case study, the purpose is exploring how educative environmental protection events contribute to demonstrate environmentally friendly property management and raise the environmental protection awareness and encourage residents’ involvement to live green. Design/Methodology/Approach—This paper identifies environmental protection events as an effective strategy to raise environmental awareness for all of the estate residents. The objectives of environmental protection events aimat showing the importance of community involvement, demonstrating educative environmentally friendly property management and encourage residents to live green. Authors conducted twenty-five in-depth semi-structured interviews with participants so as to fully understand the contributions made by the events. Findings—Educative environmental protection events were perceived by all of the study participants as effective and educative events, which raised environmental awareness, upheld moral obligation to engage in environmental protection, and induced greater pro-environmental behavior to sustainability. Based on the results, the framework of 10 Cs is revealed which contributes to environmentally friendly environment for the next generation. These contributions are: 1) Circulating surplus materials to the needy 2) Choosing public transportation 3) Committing to green education 4) Cultivating pro-environmental behavior 5) Caring for sustainable development 6) Cutting Carbon lifestyle 7) Coordinating efforts to reduce, reuse, and recycle 8) Consuming less electricity 9) Concerning ocean creatures protection 10) Ceasing ozone depleting chemicals products Practical implications—Based on the insights gained from participants, the 10 Cs contributions are made by educative environmental protection events for nurturing moral obligation to demonstrate environmentally friendly property management and raise the environmental protection awareness and encourage residents’ involvement to live green. Participants should take part in all environmental-protection measures daily. The Estate Management Company and government should deepen cooperation in environmental protection, intensify ecological preservation and build a green living environment. Originality/value—This paper urges for the importance of all residents, all estate management companies and government to engage in environmental protection for sustainable development. The aim of such an episode is to arouse all stakeholders to participate in environmental protection actively and attentively for green environment.

Les terres rares (TRs) sont omniprésentes dans les objets technologiques du quotidien (téléphones mobiles, ordinateurs, …) et sont de plus en plus utilisées dans les technologies vertes (éoliennes, véhicules électriques, …). Ces métaux, de par leur importance, sont considérés comme critiques pour l’Europe qui détient très peu de gisements primaires. L’accès à ces TRs peut être envisagé au travers du recyclage de produits en fin de vie, en particulier par l’intermédiaire des aimants permanents de type NdFeB ou SmCo qui représentent environ 37%, en masse, du marché des TRs.Dans ce contexte, la présente thèse étudie le recyclage des TRs (Nd, Pr et Dy) provenant des aimants permanents de type NdFeB issus des disques durs d’ordinateurs par voie hydrométallurgique « éco-compatible » en considérant l’utilisation d’un acide organique lors du processus de lixiviation comme alternative aux acides minéraux, et un diglycolamide (N,N,N′,N′‐Tetraoctyl diglycolamide - TODGA) comme molécule extractante dans le processus d’extraction liquide-liquide comme alternative aux composés organophosphorés.Des études multiparamétriques ont été réalisées afin d’étudier la récupération sélective des TRs vis-à-vis des autres éléments présents dans ces aimants, en particulier le fer.Ainsi à partir des résultats obtenus, deux procédés alternatifs sont proposés.Le premier consiste en un grillage oxydant de la poudre d’aimants NdFeB suivi de deux lixiviations sélectives par l’acide acétique qui permettent, après les étapes de précipitation et de calcination, une séparation de l’oxyde Didymium (Nd2O3. Pr2O3), de l’oxyde de dysprosium (Dy2O3) et de l’oxyde de fer (Fe2O3) qui est non lixiviable dans l’acide acétique. La faisabilité de ce procédé a été démontrée sur des mélanges synthétiques d’oxydes ayant une composition identique à celle d’une poudre d’aimants NdFeB oxydée (lixiviation > 95%, pureté des oxydes >99,8%). Cependant, les conditions du grillage oxydant doivent être optimisés davantage pour reproduire les mêmes résultats sur la poudre d’aimant réelle.Le second procédé consiste en une lixiviation totale de la poudre d’aimant NdFeB brute par l’acide acétique suivi par une étape d’extraction liquide-liquide en utilisant le TODGA comme molécule extractante. Ainsi il a été montré que l’extraction quantitative de l’ensemble des TRs (Nd, Pr et Dy) avec une excellente sélectivité vis-à-vis des autres métaux présents dans le lixiviat (Fe, B, Co et Ni) est possible en deux étages d’extraction liquide-liquide. La désextraction quantitative de l’ensemble des TRs extraits a ensuite été possible en utilisant une solution d’EDTA. De plus, Une extraction multi-étagée en utilisant le TODGA suivi d’une désextraction à l’eau déionisée permet d’envisager la séparation du Didymium et du Dy
Rare earth elements (REEs) are omnipresent in high technology devices (smartphones, computers…) and are increasingly used in green technologies (wind power turbines, electric vehicles…). Due to their importance, these metals are considered critical for Europe, which has very few primary deposits. Access to these REEs can be considered through the recycling of end-of-life products, in particular through NdFeB or SmCo permanent magnets, which represent 37%, by weight, of the REEs market.In this context, this thesis studies the recycling of REEs, especially Nd, Pr and Dy from NdFeB permanent magnets, found in hard disk drives, through “eco-compatible” hydrometallurgical routes considering the use of organic acids in the leaching process as alternatives to the mineral acids, and the use of a diglycolamide (N,N,N′,N′‐Tetraoctyl diglycolamide - TODGA) as the extracting molecule as an alternative to organophosphorus compounds.Multiparametric studies were realized in order to evaluate the selective recovery of REEs from other elements present in these magnets, in particular iron.Thus, from the results obtained, two alternative methods are proposed.The first process consists in an oxidative roasting of the NdFeB magnet powder followed by two selective leaching steps that allow, after the steps of precipitation and calcination, the separation of Didymium oxide (Nd2O3. Pr2O3), dysprosium oxide (Dy2O3) and iron oxide (Fe2O3) which is non-leachable in acetic acid. The feasibility of this process has been demonstrated on synthetic mixtures of oxides having the same composition as an oxidized NdFeB magnet powder (leaching> 95%, oxide purity> 99.8%). However, the oxidative roasting conditions must be further optimized in order to reproduce the same results on the real NdFeB magnet powder.The second process starts with the complete leaching of the non-roasted NdFeB magnet powder followed by a solvent extraction step using the extracting molecule TODGA. Thereby, a two-stage solvent extraction allowed the extraction of all REEs (Nd, Pr and Dy) with excellent selectivity against other elements present in the acetic acid leachate (Fe, B, Co and Ni). The quantitative stripping of all extracted REEs was possible using an EDTA solution. In addition, a multi-stage solvent extraction, using TODGA, followed by a stripping step using water allowed the separation of Didymium and dysprosium

Dans le contexte actuel, l’approvisionnement en terres rares est un enjeu capital, et le recyclage des déchets produits par les sociétés industrialisées apparaît comme une solution extrêmement pertinente d’un point de vue écologique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux aimants permanents Nd-Fe-B, car ils constituent un gisement potentiel important pour le néodyme, mais aussi pour le dysprosium et le praséodyme, éléments également critiques. Plus précisément, les aimants présents au sein des disques durs d’ordinateur ont été étudiés en vue de leur recyclage. L’intérêt est donc de mettre en place des solutions permettant le retraitement et la valorisation de ces aimants, présentant non seulement un impact environnemental faible, mais également un coût bas. Nous avons décidé de nous intéresser au traitement hydrothermal des aimants permanents Nd-Fe-B en vue de leur recyclage. L’étude du traitement thermique des aimants Nd-Fe-B en présence d’une solution saline pour des températures avoisinant les 225°C, permet la mise en évidence d’une dégradation complète du matériau. La poudre récupérée à l’issue du procédé est donc constituée de cristaux octaédriques, correspondant à la magnétite, et de cristaux aciculaires correspondant aux hydroxydes de néodyme, mais également aux différentes terres rares présentes en tant que dopants dans la phase intergranulaire. A l’issue du traitement hydrothermal, les fragments de revêtement peuvent être retirés par tamisage, en raison de leur dimension millimétrique, et les ocydes de fer séparés des hydroxydes de terres rares par séparation magnétique. Afin de valoriser les aimants Nd-Fe-B comme matière première magnétique permettant la fabrication de nouveaux aimants permanents, le broyage a également été envisagé. Des échantillons d’alliage Nd2Fe14B ont été broyés à haute énergie sous atmosphère protectrice, et nous avons réalisé l’étude microstructurale et magnétique de ces poudres. Les échantillons ont été analysés par magnétométrie SQUID, par spectrométrie Mössbauer, ainsi que par Sonde Atomique Tomographique. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence un phénomène couplé de décomposition et de nanostructuration à l’échelle moléculaire de la phase Nd2Fe14B. L’ensemble de ce travail a donc permis d’étudier le comportement et les transformations des aimants Nd-Fe-B au cours de deux procédés très différents : le traitement hydrothermal et le broyage mécanique. Les résultats obtenus lors du traitement hydrothermal sont très prometteurs en vue du recyclage des terres rares à grande échelle
Rare earth supplying is a very current topic, linked to the rare earth crisis of 2010. « Urban mining » is a promising path for recycling rare earths included in waste daily generated by industralized countries. In this work, we focus on recycling Nd-Fe-B permanent magnets, because they are a very interesting deposit for Neodymium, but also for Dysprosium and Praseodymium. More precisely, permanent magnets included in hard disks drives have been considered. The objective of this work is to set up environmentally friendly and low cost recycling processes for rare earths. First, we investigated hydrothermal treatment of Nd-Fe-B permanent magnets, We developed a new and environmentally friendly approach for recycling Ni−Cu coated Nd-Fe−B permanent magnets included in computer hard disk drives. In a closed reactor, the coated magnets are heated at 250 °C in water mixed with sodium chloride for up to 18 h. First, the hydrothermal treatment induces the removal of the metallic coating that can be recovered by sieving. Then, the Nd-rich phase reacts with water, leading to the formation of Nd(OH)3. Atomic hydrogen is absorbed by the Nd2Fe14B phase, leading to the formation of Nd2Fe14BHx. The volume expansion of the intergranular phase, in relation to the formation of Nd(OH)3, together with the lattice expansion of the Nd2Fe14BHx phase causes the disintegration of the magnets. Finally, Nd2Fe14BHx is oxidized by water into Fe3O4 and Nd(OH)3. The Nd(OH)3 crystals can be isolated from the Fe3O4 crystals by magnetic separation. This process is thus an easy way to extract rare earths from permanent magnets found in WEEE. It uses green chemistry design principles and can be applied to large amounts of magnetic wastes. Mechanical milling of Nd-Fe-B permanent magnets has also been investigated, and, in the study presented here, the milling effect on the magnetic properties of the Nd2Fe14B intermetallic was investigated using SQUID measurements, Mössbauer spectrometry and atom probe tomography (APT). Mechanical milling of the Nd2Fe14B alloy leads to its decomposition and its nanostructuration. This transformation induces first the formation of an amorphous, disordered phase Nd-Fe-B, with an enrichment in Neodymium; then to the formation of a mixture of -Fe and Nd-rich regions. The corresponding microstructure is very characteristic, with the formation of pure iron particles, with a hundred of nanometers in size, surrounded by an amorphous shell enriched in Neodymium and in Boron. Finally, intermixing of these phases is observed. Thanks to this work, we determine the behavior and the transformations of Nd-Fe-B permanent magnets during two very different processes: hydrothermal treatment and mechanical milling. Results obtained with hydrothermal treatment are very promising for recycling rare earths at the industrial scale

Aujourd'hui, il est impératif de réduire les émissions de CO2 des véhicules routiers en raison des changements climatiques. L’une des stratégies les plus prometteuses consiste à utiliser les véhicules électriques (VÉ) et hybrides électriques (VÉH). Les VÉ et VÉH ont besoin de machines électriques pour réaliser la conversion d’énergie électromécanique. Les machines électriques à aimant permanent semblent être les meilleurs candidats pour les applications VÉ et VÉH en termes de performances exceptionnelles. L’aimant permanent des terres rares le plus puissant est le type de Néodyme-Fer-Bore (Nd2Fe14B) ou simplement appelés NdFeB. Généralement, une petite quantité d’éléments terres rares lourds, comme le Dysprosium (Dy) ou le Terbium (Tb) est ajoutée à l’alliage de NdFeB afin d'améliorer les performances. Cependant, cette forte demande en terres rares implique de sérieux problèmes d’approvisionnement. Dans ce cas, l'une des solutions possibles pour que l'Europe lutter contre les risques d'approvisionnement en terres rares consiste au recyclage des aimants terres rares. DEMETER est l’acronyme anglais pour le groupe européen de formation universitaire pour la conception et le recyclage de moteurs et de générateurs électriques à aimants permanents terres rares pour les véhicules tout-électriques et hybrides électriques. Son objectif était étudier les trois voies possible pour le recyclage des aimants permanents à base de terres rares présents dans les moteurs électriques : la réutilisation directe, le recyclage direct et le recyclage indirect. Valeo et G2Elab sont les principaux partenaires de ce projet. Ils se concentrent principalement sur la réutilisation directe des aimants permanents. La thèse est supervisée par Valeo et G2Elab et se concentre principalement sur les machines électriques à flux radial à aimants permanents qui sont les machines électriques les plus utilisées de nos jours. Les applications visées sont les véhicules hybrides électriques à niveau d’hybridation douce ou les petits VÉ. Le dimensionnement de ce moteur innovant doit non seulement être recyclable du point de vue des aimants permanents mais doit également répondre à tous les critères exigeants du cahier des charges.Des études bibliographiques approfondies, l’optimisation FEM et l’analyse thermique / mécanique ont révélé qu’une machine synchrone à aimants permanent insérés (MSAPI) peut largement satisfaire à toutes les exigences et à toutes les contraintes. Ensuite, nous avons utilisé un aimant lié pour à la MSAPI pour réutilisés. L'assemblage de la machine avec des aimants liés est plus facile que l'assemblage avec des aimants frittés, comme l'aimant lié est directement assemblé au fer rotorique par moulage par injection. Le démontage des aimants est également plus facile. Dans le contexte d’un procédé de recyclage des rotors à aimants liés, ces derniers pourraient être chauffés afin de faire fondre les aimants liés et les extraire ensuite facilement. Ils peuvent être mélangés à des aimants recyclés avec un certain pourcentage de composé d’aimants vierges pour fabriquer de nouveaux aimants liés sans modification notable des performances magnétiques de l’aimant. De nombreux essais de référence ont été à réalisés évaluer les performances de cette machine, puis comparés aux résultats de la simulation. Dans cette thèse, en plus des propositions de dimensionnements innovants, l’objectif est d'évaluer les machines électriques du point de vue de leur recyclabilité. La recyclabilité est quantifiée par deux indices. Ces derniers peuvent être regroupés sous le terme WIRE (Weighted Index of Recycling and Energy – index Pondéré de recyclage et de consommation énergétique). En utilisant WIRE, la recyclabilité entre différentes machines peut être comparable, même avec des dimensions ou des performances différentes. La méthode de réutilisation et de recyclage des aimants permet d’obtenir des avantages environnementaux sans pertes économiques
Nowadays it is imperative to reduce the CO2 emission of automotives due to the climate changes. One of the essential strategies is to use new energy vehicles, such as Hybrid and pure Electrical Vehicles ((H)EVs). However, no matter what the energy storage devices (H)EVs have, they always need electrical machines to transfer electrical energy into mechanical energy. Permanent Magnet (PM) electrical machines seem to be the best candidates for (H)EV applications in terms of their outstanding performances. However, the supply and cost of PMs are essential for PM machines. The strongest rare earth PM is Neodymium-Iron-Boron (Nd2Fe14B) type magnet, or simply written as NdFeB. Commonly, in order to improve the temperature stability as well as resistant demagnetization of magnets, small portion of heavy rare earth element, Dysprosium (Dy) or Terbium (Tb), is added to the alloy. However, with a high demand of high grade NdFeB magnets, the supplies of these rare earth elements, including Neodymium (Nd), face serious challenge, especially for Europe. In this case, one of the possible solutions for Europe to tackle the rare earth supply risks is to recycle rare earth magnets. Demeter -European Training Network for the Design and Recycling of Rare-Earth Permanent Magnet Motors and Generators in Hybrid and Full Electric Vehicles, is an Europe Union registered project. DEMETER envisaged three routes for the recovery of rare earth PM from these devices, which are so called direct re-use, direct recycling and indirect recycling. Valeo and G2Elab are the principal partners in this project, and they mainly focus on the route of PM direct re-use. This doctor thesis is supervised by Valeo and G2Elab, and mainly focuses on radial flux type PM electrical machines, which are the most widely used type of electrical machines nowadays. The applications include Mild Hybrid Electric Vehicles (MHEV) or small Electric Vehicles (EV). The new motor design not only needs to be recycle friendly for PMs, but also needs to meet all the strict requirements for the applications.With thorough literature studies, FEM optimization and thermal/mechanical analysis, it was found that an IPMSM design can fairly fulfill all the requirements and constraints. Then new magnet materials and assembly methods were implemented for the magnet recycling - a kind of bonded magnet was used for the IPMSM. This bonded magnet was made from a Hydrogen Decrepitation Deabsorbation Recombination (HDDR) anisotropic NdFeB magnet powder, with Sulfide (PPS) binder. It has the possibility to directly assemble the magnet into the rotor by injection molding. Thus the assembly of the magnets would not be constraint by their shapes. The disassembly of the magnets became easy as well – it is possible to heated up the rotors so that the bonded magnets can be melted down for extraction. Then they can be mixed with a certain percent of virgin magnets compound to make new bonded magnets without remarkable changes on performances. In summary, the entire recycling process is relatively easy and ecologically sustainable. Thus, based on this new concept, an IPMSM with bonded NdFeB magnets were fabricated. Series benchmark tests were carried out, for instance measurements of back-EMF, torque, efficiency, short circuit current and stator temperatures. In this thesis, apart from new design ideas of electrical machines, another goal is to evaluate e-machines with respect to the recyclability. The recyclability is quantified by two indexes, together they can be named Weighted Index of Recycling and Energy (WIRE). By using WIRE, the recyclability between different machines can be comparable, even with different dimension or performances. It was found that by using WIRE to evaluate the new designed PM machine, promising results can be obtained. The magnet reuse and recycling approach can gain environment benefit without economic losses

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent à développer une machine à griffes à base d'aimants permanents pour les applications automobiles avec un concept de réutilisation et de recyclage des aimants permanents. Ces recherches sont menées dans le cadre du projet DEMETER, qui s'inscrit dans le cadre des Marie Sklodowska-Curie Actions dans Horizon 2020 de l'Union européenne. Le projet se concentre sur la récupération des aimants permanents à base de terres rares utilisés dans les applications automobiles en raison des problèmes actuels de fluctuation des prix et des problèmes d’offre et de demande de ces aimants permanents.La machine à griffes est utilisée dans presque toutes les automobiles du monde pour les applications d'alternateur. Avec l'augmentation de la demande en puissance, la machine à griffes est également développée en tant que moteur-générateur utilisé dans les véhicules électriques hybrides. Actuellement, la machine à griffes à base d'aimants permanents est utilisée dans des systèmes d’hybridation légère afin de réaliser des économies d'énergie. La littérature regorge de différentes configurations de machines à griffes pouvant être développées pour obtenir de meilleures performances. Cependant, le montage et le démontage facile des différentes parties de la machine sont également importants pour la réutilisation et le recyclage des aimants. Dans ce travail de recherche, deux concepts ont été développés; premièrement, le concept de réutilisation directe, c’est-à-dire le montage / démontage facile du rotor et des aimants, de manière à pouvoir retirer facilement les aimants pour les réutiliser ou les recycler directement; deuxièmement, le concept de recyclage direct, c'est-à-dire l'utilisation d'aimants recyclés dans la machine pour obtenir les performances souhaitées.Au cours de cette recherche, la conception de base de la machine à griffes a été développée, analysée et optimisée de manière à obtenir le meilleur rapport couple / poids aimant. Cela a permis de réduire le coût des aimants pour presque le même couple. L'optimisation a été effectuée en utilisant une analyse numérique en éléments finis 3D. Le modèle optimisé a été développé de manière à ce que le processus d’assemblage des aimants et des griffes reste le même. Cependant, lors du démontage, les aimants peuvent facilement être retirés sans démonter le rotor complet; et ainsi se servir de ces aimants pour les réutiliser directement dans d'autres applications ou les envoyer au recyclage. Dans le concept de recyclage direct, les aimants utilisés dans la machine sont des aimants recyclés aux performances dégradées. Le type de processus de recyclage est un facteur déterminant de la détérioration des performances de ces aimants recyclés. L'objectif du concept de recyclage direct était d'analyser la machine avec des aimants vierges et recyclés et d'évaluer la consommation d'énergie de la machine selon différents cycles de conduite. On a observé qu'avec l'utilisation d'aimants recyclés dans la machine à griffes, la consommation d'énergie était presque identique à celle de la machine à aimants vierges. On peut donc en conclure que pour les machines à griffes à aimants permanents, l’utilisation d’aimants recyclés est plus durable pour l’environnement car elle peut entraîner une diminution à l’extraction des matériaux de terres rares. Les fluctuations des prix et les problèmes d’offre peuvent également être réduits grâce à l’utilisation accrue des aimants recyclés, même si des politiques et des normes sont appliquées.Le prototype de la machine à aimants vierges a été fabriqué et testé pour ses performances. Il a été observé que les résultats expérimentaux correspondent très bien aux résultats des analyses de conception, validant ainsi le processus de conception et la méthodologie
The research work presented in this thesis aims at developing a permanent magnet based claw-pole machine for automotive application with permanent magnet reuse and recycle concept. The aforesaid research is under the aegis of Project DEMETER which is in the framework of European Union’s Horizon 2020 Marie Sklodowska-Curie actions. The project focuses on the recovery of rare earth permanent magnets utilized in automotive applications due to the prevailing problems of price fluctuations and supply-demand issues of these permanent magnets.The claw-pole machine is employed in almost all of the automobiles in the world for alternator application. With the increase in power demands, the claw-pole machine is also being developed as a motor-generator utilized in the hybrid electric vehicles. At present the permanent magnet based claw-pole machine is being used in mild hybrid electric vehicles for energy savings. The literature is replete with various configurations of claw-pole machines that can be developed to achieve better performances. However, easy assembly and disassembly of various parts of the machine is also important for the reuse and recycle of magnets. In this research work two concepts have been developed; first, the direct reuse concept i.e. easy assembly/disassembly of the rotor and magnets, so as to easily take out the magnets for direct reuse or recycle and; second, the direct recycle concept i.e. utilization of recycled magnets in the machine to achieve the desired performance.In the course of this research the base design of the claw-pole machine was developed, analyzed and optimized so as to attain best torque versus magnet-weight ratio. This helped in the reduction of magnet cost for almost the same torque. The optimization was carried out using 3-D numerical analysis. The optimized model was developed in a way that the assembly process of the magnets and claw-poles remained the same. However, during disassembly the magnets can easily be withdrawn without disassembling the complete rotor; therefore utilizing these magnets for direct reuse in other applications or sent for recycling. In the direct recycle concept, the magnets used in the machine are recycled magnets with deteriorated performance. The type of recycling process is a strong determinant of the deterioration in performance of these recycled magnets. The aim of the direct recycle concept was to analyze the machine with virgin and recycled magnets, and evaluate the energy consumption of the machine under different drive cycles. It was observed that with utilization of recycled magnets in the claw-pole machine, the energy consumption was almost same as that of the machine with virgin magnets. Thus it can be concluded that for the permanent magnet based claw-pole machine, the utilization of recycled magnets is more sustainable for the environment as it can lead to consequential limits on the mining of rare earth materials. The price fluctuations and supply-demand problems can also be reduced with the increase in utilization of recycled magnets, albeit policy and norms are effectuated.The prototype of the machine with virgin magnets have been developed and tested for performance. It has been observed that the experimental results match fairly well with the design analysis results, hence validating the design process and methodology

Les véhicules électriques (VE) ou les véhicules électriques hybrides (VEH) offrent de nombreux avantages par rapport aux véhicules à moteur à combustion interne classiques. Selon les tendances récentes, la demande en VE(H) efficaces devrait augmenter considérablement. Pour une gamme haute puissance, la technologie des moteurs à aimants permanents a été le choix privilégié dans les véhicules électriques hybrides. La demande croissante de moteurs à haut rendement est en corrélation directe avec la demande d'aimants puissants (NdFeB ou SmCo) utilisant des terres rares. La disponibilité et la production des terres rares sont très critiques particulièrement pour les terres rares lourdes. L'objectif de cette thèse de doctorat est donc de concevoir un moteur Halbach à rotor extérieur pour une application VE(H) avec recyclage et réutilisation faciles des aimants. En outre, le projet vise à étudier et à proposer la fabrication d'un aimant Halbach utilisé dans les moteurs de forte puissance pour application VE.Tout d'abord, la fabrication d'un aimant Halbach utilisant un aimant NdFeB fritté avec et sans liant a été étudiée. L'étude montre que la fabrication d'une configuration de Halbach à l'aide d'un aimant collé est beaucoup plus facile et plus rentable que la fabrication d'un aimant fritté. La caractérisation d'un aimant NdFeB lié utilisé pour fabriquer un aimant Halbach a également été réalisée. Diverses voies de recyclage des aimants frittés et liés ont été analysées; on peut en déduire que les aimants collés sont beaucoup plus faciles à recycler, de manière rentable et respectueuse de l'environnement. La thèse propose également un moyen de recyclage pour l'aimant collé utilisé dans le moteur.Deuxièmement, un moteur à aimant Halbach collé a été conçu en modélisation éléments finis 2D et 3D. Pour obtenir un moteur très efficace et compact, on a utilisé un bobinage à pas fractionnaire. Les propriétés de l'aimant Halbach ont été calculées à l'aide du modèle éléments finis et comparées au modèle analytique. Les résultats obtenus par les deux approches étaient similaires. De plus, l'impact des combinaisons nombre d’encoches-pôles sur les pertes moteur et le couple a été étudié, en particulier les pertes Joule (compte tenu de toutes les contraintes de conception). Différentes stratégies pour utiliser des aimants recyclés à faible rémanence sont également présentées. L'utilisation d'un aimant recyclé avec une augmentation de la longueur axiale du moteur pourrait être le meilleur choix compte tenu de différents facteurs, notamment la fabrication de l'aimant Halbach. Sur la base de différentes études paramétriques, une conception du moteur a été proposée et un prototype a été construit. Il a été montré qu'un aimant Halbach de grande puissance pouvait être construit de manière économique avec un aimant NdFeB collé. La densité de flux d'entrefer du rotor, mesurée sur le prototype, est en étroite concordance avec les valeurs calculées.De plus, la méthodologie WIRE (Weighted Index of Recycling and Energy) a été présentée pour comparer différentes conceptions de moteurs en fonction de leur performance et de leur recyclabilité. La méthode développée produit deux indices basés sur-Facilité de recyclage du moteur en ce qui concerne le matériau, le montage et le démontage des aimants.-Impact d'un aimant recyclé sur la consommation d'énergie d'un moteur pendant sa durée de vie.En utilisant ces deux indices, on peut facilement analyser les avantages et les inconvénients des différentes conceptions sur la base de la recyclabilité et de l'efficacité énergétique. La conception proposée a été évaluée à l'aide cette méthode et on montre que le moteur est facile à monter et à démonter. De plus, l’assemblage moteur (sans colle) permet une extraction facile des aimants et une réutilisation directe. L'indice énergétique évalué du moteur montre l'impact de l'utilisation d'un aimant recyclé et sa viabilité pour les applications VE dans différents scénarios
Electric vehicles (EVs) or Hybrid electric vehicles (HEVs) offer many advantages over the conventional IC engine vehicles. According to recent trends, the demand for efficient (H)EVs is expected to grow significantly. For a high-power range, permanent magnet based motor technology has been the preferred choice for motors deployed in (H)EVs. Growing demand of highly efficient motors is in direct correlation to the demand of strong magnets (NdFeB or SmCo), which uses rare earth elements (REE). The availability and supply of REEs specially heavy REEs is very critical. Therefore, the aim of this doctoral thesis is to design an outer rotor Halbach motor for a (H)EV application with easy recycling and reuse of the magnet. Further, the project aims to investigate and propose the manufacturing of a Halbach magnet used in a high power motor EV applications.Firstly, the manufacturing of Halbach magnet using a sintered and a bonded NdFeB magnet was investigated. The study shows that the manufacturing of Halbach array using a bonded magnet is much easier and more cost effective than the sintered magnet. The characterisation of a bonded NdFeB magnet used for manufacturing a Halbach magnet was also performed. Various recycling routes for both sintered and bonded magnets were analysed and it can be inferred that bonded magnets are much easier to recycle in a cost effective and environment friendly manner. The thesis also proposes the recycling route for the bonded magnet used in the motor.Secondly, a motor with bonded Halbach magnet was designed using 2D and 3D FEM. To achieve a highly efficient and compact motor, fractional slot tooth coil winding was used. The properties of Halbach magnet was calculated using FEM model and benchmarked against the analytical model. The results obtained from the two approaches were in close agreement. Further, the impact of slot pole combinations on motor losses and the subsequent torque were investigated, specifically eddy loss (considering all the design constraints). Different strategies to use recycled magnet with lower remanence is also presented. It is shown that using a recycled magnet with increased axial length of the motor could be the best choice considering different factors, specially manufacturing of the Halbach magnet. Based on different parametric studies a design of the motor was proposed and prototype was built. It was demonstrated that a high power Halbach magnet could be built economically using a bonded NdFeB magnet. The airgap flux density of the rotor, measured on the prototype is in close agreement with the calculated values.Additionally, WIRE (Weighted Index of Recycling and Energy) methodology was presented to benchmark different motor designs on the basis of performance and recy- clability. The method developed produces two indices based on:• Ease of motor recyclability considering material, assembly and disassembly of magnets.• Impact of a recycled magnet on the energy consumption of a motor during its operational lifetime.Using both the above indices, one can easily analyse the pros and cons of different motor designs on the basis of recyclability and energy efficiency. The proposed motor design was evaluated using the developed method and it is shown that the motor is easy to assemble and disassemble. In addition, the motor assembly (glue free) enables easy magnet extraction and direct reuse. The evaluated energy index of the motor shows the impact of using a recycled magnet and its viability for EV applications in different scenarios

Les terres rares (TR) sont aujourd’hui les « vitamines » des nouvelles technologies, elles se retrouvent dans tous les objets technologiques du quotidien et contribuent notablement au développement d’énergies vertes principalement par l’intermédiaire d’aimants permanents à base de terres rares (APTR). Ces derniers, de type NdFeB ou SmCo, représentent actuellement plus de 50 % du marché des TR et offrent un fort potentiel de recyclage. La présente étude se concentre sur le recyclage et la valorisation des APTR, principalement grâce au développement de l’électrochimie en milieu liquide ionique (LI) qui permet d’atteindre les potentiels de réduction des TR (< -2 V vs. ENH). Samarium, néodyme, dysprosium, praséodyme et cobalt ont effectivement été électrodéposés dans [C1C4Pyrr][Tf2N] suivant une méthode potentiométrique à 25 °C et sur une électrode de carbone vitreux.Deux méthodes globales de recyclage sont finalement proposées et ont été appliquées à des APTR industriels. La première est entièrement électrochimique. Elle est basée sur une phase d’électrodissolution de l’APTR dans le LI puis d’une électrodéposition sélective permettant de récupérer les métaux de transition. Une électrodéposition des TR est ensuite envisageable. La deuxième méthode s’appuie sur une lixiviation acide afin de séparer efficacement les métaux de transition des TR grâce à la formation de sels phosphatés. Une dissolution des sels obtenus dans un LI permettrait ensuite d’électrodéposer les ions métalliques
Rare earth elements (REE) are currently essential for new technologies development; from everyday life objects to green energies devices, they are especially used in permanent magnets. NdFeB and SmCo permanent magnets represent more than 50% of the REE market and offer a high recycling opportunity. The present study focuses on their recycling, mainly via electrochemistry in ionic liquid medium (IL), which enables to reach the reduction potentials of REE (< -2 V vs. ENH).Samarium, neodymium, dysprosium, praseodymium and cobalt were successfully electrodeposited in [C1C4Pyrr] [Tf2N] according to a potentiometric method at 25 ° C and on a glassy carbon electrode.Two general recycling methods are finally proposed and have been applied to industrial permanent magnets. The first uses only electrochemistry and is based on a first magnet electrodissolution step in the IL followed by a selective electroplating to recover the transition metals. Electrodeposition of REE could then be possible. The second method starts by an acid leaching of the magnet in order to efficiently separate the transition metals from REE via the formation of phosphate salts. Dissolution of the salts obtained in LI would then enable to electrodeposit the metal ions

L'objectif de la thèse était d'étudier le procédé de Décrépitation à l'Hydrogène (HD) en tant que moyen de recycler les rebus d'aimants frittés Nd-Fe-B en poudres fortement coercitives et anisotropes, pour l'industrie d'aimants liés. Le procédé consiste à appliquer une première hydruration, afin de réduire le matériau massif en poudre, grâce à l'expansion du volume de la maille. Des traitements de désorption de l'hydrogène et de recuit sont ensuite nécessaires pour rétablir les caractéristiques initiales du précurseur (coercivité et anisotropie). Les différentes étapes du procédé HD ont été étudiées à partir d'aimants frittés (NdDy)2(FeCoNbCu)14B utilisés comme précurseurs. Les caractéristiques d'absorption et de désorption de l'hydrogène ont été étudiées par Calorimétrie Différentielles (DSC) et par des mesures de cinétique d'hydruration. Des mesures magnétothermiques ont permis d'analyser l'effet de la présence d'hydrogène résiduel sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. La thèse se focalise sur l'impact des conditions expérimentales appliquées, telles que la température de décrépitation, l'application d'un double cycle de décrépitation, la température de désorption, l'application d'un champ magnétique pendant la désorption de l'hydrogène, la température de recuit, etc. Sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. Parmi ces facteurs, les températures d'absorption et de désorption, et la température de recuit jouent un rôle prépondérant sur les propriétés magnétiques. La double décrépitation améliore la distribution de taille des poudres. La désorption de l'hydrogène sous le champ magnétique réduit le contenu d'hydrogène résiduel des poudres anisotropes, et conduit ainsi à une augmentation de la rémanence (Br). Après l'optimisation des étapes successives du procédé, des poudres anisotropes présentant des propriétés satisfaisantes ont été obtenues : Br = 10. 29 kGs (1. 029 T), Hcj = 14. 3 kOe (1138 kA/m), (BH)Max = 21. 67 MGOe (172. 5 kJ/m3). Les propriétés magnétiques initiales des aimants frittés (NdDy)-(FeCoNbCu)-B ont été restaurées respectivement à 93 %, 46 % et 74 %
The purpose of this thesis was to study the Hydrogen Decrepitation (HD) process as a way to recycle waste scraps of Nd-Fe-B sintered magnets into highly coercitive and anisotropic powders, for the industry of bonded magnets. The process consists in a first hydrogenation, the bulk material being reduced into powder, as a result of the large volume expansion of the lattice. Then Hydrogen Desorption and annealing treatments are requested to restore the initial characteristics of the precursor (coercivity and anisotropy). Starting with sintered (NdDy)2-(FeCoNbCu)14-B magnets as a precursor, the different steps of the HD process have been studied. Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Hydrogenation Kinetics measurements were used to investigate the hydrogen absorption and desorption characteristics. Thermal-magnetization measurement was used to investigate the effect of the residual hydrogen content on magnetic properties of the anisotropic (NdDy)-(FeCoNbCu)-B powders. The thesis focuses on the effect of the applied experimental conditions such as hydrogen decrepitation temperature, twice hydrogen decrepitation cycle, hydrogen desorption temperature, magnetic field during hydrogen desorption, annealing temperature etc. . . On magnetic properties of (NdDy)-(FeCoNbCu)-B powders. Among these factors, hydrogen absorption temperature, hydrogen desorption temperature and annealing temperature play important roles on the magnetic properties. Twice hydrogen decrepitation improves the size distribution of the powders. Hydrogen desorption under magnetic field reduces the residual hydrogen content of the anisotropic powders, resulting in raising their remanence (Br). After optimization of the successive steps of the process, anisotropic powders with good properties have been achieved: Br = 10. 29 kGs (1. 029 T), Hcj = 14. 3 kOe (1138 kA/m), (BH)max = 21. 67 MGOe (172. 5 kJ/m3). It corresponds respectively to 93%, 46% and 74% of the magnetic properties of the precursor sintered (NdDy)-(FeCoNbCu)-B permanent magnets

L’augmentation de la consommation de ressources suscite des préoccupations quant à leur disponibilité. Ces dernières années, les organisations nationales et internationales ont défini l’approvisionnement durable des ressources et la mise en place d’une économie circulaire comme des objectifs centraux de leurs stratégies à court et long termes.Dans ce contexte, différentes approches méthodologiques relevant de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) sont utilisées pour caractériser l'impact de l'épuisement des ressources. Les approches actuelles fournissent néanmoins des visions partielles, car dépendantes de données disponibles limitées, et ne reflètent pas les défis de la société en lien avec cette question des ressources.La méthode et les facteurs nouvellement développés fournissent une vision plus exhaustive de la disponibilité des ressources et peuvent être utilisés dans des analyses du cycle de vie ou dans des approches d'économie circulaire. Ce travail fut produit en partenariat avec le cd2e et le pôle de compétitivité Team². Il a également été réalisé en collaboration avec le bureau d’études et d’expertise en ACV, Cycleco
Increase in resource demand raises concerns over their availability. In the recent years, national and international institutions have targeted sustainable resource supply and new economy models (e.g. circular economy, etc.) as a goal of their short- and long-term strategies. In this context, different methodological approaches under Life Cycle Assessment (LCA) framework are used to address the impact of resource depletion. However, they provide partial visions, based on limited available data, and do not reflect society challenges related to the resources. The newly developed factors and the LCIA method provide a more exhaustive vision through the availability of resources and may be used in Life Cycle Assessment or circular economy approaches. This work is done in partnership with the cd2e and Team2 cluster. It is also carried out in collaboration with CYCLeco Life Cycle Assessment Experts

Le néodyme appartient à la série des lanthanides se trouvant dans le tableau périodique. Il est le composant clé des aimants permanents Nd2Fe14B implantés dans différents appareils électroniques mais aussi dans appareils dis « écologiques » comme les éoliennes, les voitures ou vélos électriques. De nos jours seulement 1 % du néodyme présent dans les déchets électroniques est recyclé. De fortes tensions géopolitiques ainsi que la croissance rapide de la demande pour ce type d’aimants conduisent à d’importantes spéculations et fluctuations sur le prix du néodyme aggravées par l’appauvrissement annoncé de la ressource.Depuis quelques décennies, plusieurs procédés de recyclage du néodyme ont été développés au niveau des laboratoires sans avoir été utilisés à l’échelle industrielle. Les procédés existants ont plusieurs désavantages comme un grand nombre d’étapes avant d’obtenir le produit final ou encore l’utilisation de grandes quantités de produits chimiques.Le but de ces recherches est le développement d’un procédé pyrochimique pouvant être une alternative à ceux déjà existants. Ce procédé permettrait de récupérer le néodyme sous sa forme métallique en seulement une étape. Pour atteindre cet objet, il a fallu élaborer un réacteur pouvant résister à de hautes températures ainsi qu’aux sels fondus pouvant être corrosifs selon leur composition. Par la suite, les propriétés électrochimiques du néodyme ont été étudiées dans différents sels fondus à base de chlorures et de fluorures afin trouver la configuration optimale pour l’extraction du néodyme contenu dans les aimants permanents.Nous avons ainsi prouvé qu’il était possible d’extraire le néodyme sous sa forme métallique contenu dans de vieux aimants permanents en une seule étape durant une électrolyse
Neodymium belongs to the lanthanide’s serie of the period system and is the key component of the permanent magnets Nd2Fe14B which are implemented in electronic devices and “green” technologies like wind turbines or electric cars and bicycles. Nowadays, only one percent of the neodymium in electronic scraps is recycled. Due to the geopolitical considerations and a strong increase of the use of permanent magnets, there is an impoverishment of the raw material resources leading to an instable market.Since some decades, few recycling processes have been developed on a lab scale without any upscaling to the industrial scale. The existing processes have several drawbacks like multiple steps to obtain the final desired product. This means that these methods have a long process time or use a large amount of chemical productsThe aim of this research was the development of a pyrochemical process, which could be an alternative to the existing recycling processes in order to extract neodymium from electronic scraps with less steps, a smaller amount of chemical products and a higher recovery rate of the rare neodymium. For this purpose a special reaction chamber has been created which resists to the severe experimental conditions induced by the use of high temperatures and corrosive molten salts. Moreover the electrochemical behaviour of neodymium in different chloride- and fluoride-based molten salts was studied in order to find the most appropriated setup.We could prove that the pyrochemical method could be the solution to recover neodymium from the old permanent magnets under its metallic form in just one single reaction step during an electrolysis