Des éclairs dans l'eau : le fonctionnement de la fragmentation par impulsions à haute tension

Comment fonctionne la technologie High Voltage Pulse ? C'est l'une des questions qu'on nous pose le plus souvent. Voici la réponse détaillée.

Une décharge qui traverse le matériau lui-même

La partie visible de notre travail au Centro Uno est industrielle. Les scories d'incinération des usines de valorisation énergétique des déchets entrent d'un côté du processus, les métaux et minéraux récupérés sortent de l'autre. La question intéressante, c'est ce qui se passe entre les deux.

Le procédé central s'appelle fragmentation par impulsions à haute tension – en anglais High Voltage Pulse, ou HVP. Dans la littérature scientifique, il est aussi connu sous le nom de fragmentation électrodynamique.

Le principe : un champ électrique intense est généré entre deux électrodes ou plus au moyen d'impulsions à haute tension. Dans notre procédé, des impulsions d'environ 200 000 volts sont appliquées à une chambre remplie d'eau dans laquelle les scories sont en suspension.

Dans des conditions normales, l'eau est suffisamment conductrice pour qu'on s'attende à ce que la décharge électrique passe par l'eau. Mais à très haute tension, avec des temps de montée d'impulsion de quelques centaines de nanosecondes seulement, l'eau se comporte de manière contre-intuitive : dans ces conditions d'impulsions courtes, elle peut devenir un meilleur isolant que le matériau solide qui y est immergé. La décharge se propage alors de préférence à travers le matériau lui-même.

De minuscules canaux électriques, appelés streamers, se développent à partir des électrodes. Ils croissent de préférence là où le champ électrique est localement renforcé – près des limites de phases, des joints de grains, des inclusions ou des particules métalliques présentes dans le matériau. Lorsque les streamers franchissent l'espace et traversent le matériau, une décharge électrique complète se produit. À cet instant se forme un canal de plasma. Son expansion fulgurante puis son effondrement génèrent de puissantes ondes de choc dans le matériau et autour de lui. Ces ondes de choc brisent le matériau principalement le long des points faibles existants, comme les joints de grains et les interfaces. Le résultat est un processus de fragmentation hautement sélectif : au lieu de tout broyer en morceaux plus petits, le HVP aide à libérer les différents composants les uns des autres sans les surbroyer.

Pourquoi « le long des joints de grains » change tout

Un concasseur mécanique réduit le matériau principalement par la force. Il l'écrase comme un bloc, sans égard pour sa structure interne. Un morceau de cuivre piégé dans une matrice minérale peut être pulvérisé avec le minéral qui l'entoure.

Le HVP fonctionne autrement. En séparant le long des joints de grains, il libère ce qui est déjà séparable. Une inclusion de cuivre devient du cuivre valorisable. Une fraction minérale se sépare plus proprement. Une particule de fer conserve ses propriétés utiles. Le procédé livre des matériaux propres, avec un minimum de résidus.

C'est pourquoi le tri en aval est plus efficace et atteint des qualités de matériaux supérieures aux méthodes standard. C'est ce qui rend la récupération industrielle de métaux à partir des scories économiquement et techniquement viable.

De l'industrie minière au waste-to-value

La technologie n'a pas commencé avec les scories. La fragmentation HVP a été développée à l'origine pour améliorer les procédés miniers – en particulier pour le silicium, où la préservation de la structure cristalline était essentielle. Après des essais sur plusieurs minerais, il est apparu que les scories d'incinération contiennent elles aussi des métaux et des composants minéraux de valeur. Au lieu de les traiter uniquement comme un déchet, on peut les considérer comme une matière première secondaire. Le potentiel de recyclage et le bénéfice environnemental sont devenus des moteurs supplémentaires du développement. Selfrag a repris la physique sous-jacente et a construit un procédé à l'échelle industrielle autour d'un flux d'entrée différent de celui des mines : les scories d'incinération des usines suisses de valorisation énergétique des déchets.

Le Centro Uno à Full-Reuenthal est en exploitation commerciale depuis 2023. Le Centro Due à Kerzers est en construction, avec une mise en service prévue au quatrième trimestre 2026. L'application industrielle est protégée par des brevets. La conception en circuit fermé à base d'eau, le tri par étapes qui suit la fragmentation et l'intégration dans l'infrastructure suisse de valorisation énergétique des déchets sont propriétaires.

Ce qui en sort

Par tonne de scories entrant dans le procédé, les fractions récupérées se répartissent typiquement entre métaux ferreux et non ferreux comme l'aluminium et le cuivre, métaux précieux comme l'or et l'argent, plus une fraction minérale propre destinée à d'autres usages. Les matériaux récupérés réintègrent l'économie et remplacent des matières vierges. La fraction minérale peut être fournie à l'industrie du ciment, selon la qualité et les exigences d'application. En règle générale, environ la moitié de la masse entrante peut quitter le procédé sous forme de matériau récupéré avec une voie de réutilisation définie.

Une technologie ancienne, une méthodologie récente

Le HVP est le moteur. Il récupère des métaux à l'échelle industrielle depuis des années, bien avant que ce travail ne soit traduit en crédits CO₂ vérifiables.

Ce qui s'est ajouté, c'est tout ce qui transforme ces émissions évitées en un crédit qu'un acheteur sérieux peut payer : audits de bilan massique, comptabilité des émissions par rapport aux baselines industrielles appropriées, traçabilité minéralogique, examen académique et technique indépendant. C'est un travail distinct de quatre ans qui repose sur la technologie – et non l'inverse.

La technologie répond à la question de ce qui est physiquement possible. La méthodologie répond à la question de ce qu'un acheteur sérieux peut raisonnablement payer en 2026. Les deux doivent fonctionner ensemble pour que des crédits CO₂ à l'échelle industrielle tiennent la route.