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La physicochimie des procédés hydrométallurgiques de production de métaux est complexe car elle repose sur la description de phases dans lesquelles de nombreux équilibres ont lieu et elle est basée sur des modèles thermodynamiques qui ne sont pas tous aboutis ou bien qui nécessitent des données peu disponibles voire inexistantes. De nombreux défis restent donc à relever pour aboutir à une description fine des phases solides (résines, précipités, crasses, colloïdes) et des phases liquides (phases aqueuses, phases organiques, liquides ioniques) ainsi que des transferts de matière aux interfaces. Cette problématique concerne aussi bien les systèmes d’intérêt connus que les nouveaux systèmes proposés, afin de contribuer à leur amélioration par une approche rationnelle, et de permettre la transposition d’études effectuées à l’échelle du laboratoire à une échelle industrielle.

Il est primordial d’aboutir à une description fine de la spéciation dans les phases aqueuses et les phases organiques usuellement utilisées dans les procédés d’extraction. En particulier, l’organisation supramoléculaire des solvants d’extraction sera étudiée par des outils expérimentaux modernes comme la diffusion de X et neutrons aux petits angles (DXPA et DNPA), et les techniques classiques utilisées en chimie des colloïdes. En outre, les données expérimentales seront confrontées aux résultats de modélisation à différentes échelles, du moléculaire au mésoscopique, notamment grâce aux techniques de dynamique moléculaire, en insistant sur le développement de modèles décrivant la non-idéalité des phases aqueuses et des phases organiques. 

Les phénomènes intervenant à l’interface liquide-liquide pour l’extraction solvant et à l’interface solide-liquide pour les résines seront également abordés. L’étude de ces interfaces nécessite la mise en place de techniques expérimentales parfois complexes comme la RMN à gradient de champ, ou encore basées sur l’étude de la génération de secondes harmoniques par des lasers pulsés, voire de réflectivité des X ou des neutrons.