Mario Bergeron

Le professeur retraité Mario Bergeron étudiait les réactions à haute température entre le chlore gazeux et divers minéraux comprenant aussi l’utilisation de catalyseurs et de substances permettant de former des complexes gazeux volatils. Son équipe  développait de nouvelles technologies permettant de faciliter la production de chlorosilanes, du chlorure de germanium, des terres rares et des métaux du groupe du platine.  Ces travaux ont eu des implications importantes dans la production de composés qui sont à la base de la filière du domaine solaire et dans la fabrication de composantes retrouvées dans les produits de hautes technologies.

Derniers projets de recherche

Développement de nouvelles technologies de production de chlorosilanes

Le développement de l’énergie solaire est en croissance rapide avec une progression de 30 % par année de toute la filière solaire. Les cellules photovoltaïques à base de silicium polycristallin sont le moteur de ce développement. La production de silicium polycristallin est complexe et onéreuse. Typiquement elle débute avec la réduction de la silice, SiO₂, par le carbone dans un four à arc opérant à 2000 ^oC. Du silicium métallurgique impur est ainsi obtenu. Celui-ci est transformé en un mélange de chlorosilanes, 80 % HSiCl₃ 20 % SiCl₄, en lit fluidisé par un contact avec HCl gazeux à 350 ^oC. Le trichlorosilane, HSiCl₃, purifié par distillation est finalement décomposé en silicium polycristallin par dépôt chimique en phase vapeur.

Le procédé en cours de développement, implique la transformation de la silice directement en tétrachlorure de silicium, SiCl₄, éliminant l’étape de production du silicium métallurgique. Par la suite, le tétrachlorure de silicium est hydrogéné en trichlorosilane par conversion thermique. Le procédé est opérable en circuit fermé lorsque combiné aux équipements permettant la déposition de silicium polycristallin.

La chimie du procédé se base sur les similitudes entre la chimie du carbone et celle du silicium. Le silicium de la silice est en hybridation sp³ entouré de 4 oxygènes. Cette configuration chimique est relativement similaire à celle de la famille des éthers en admettant que le silicium remplace le carbone dans les liaisons C-O-C. La réaction de chloruration de la silice s’apparente donc à une substitution nucléophile par l’ion Cl- sur un carbone saturé comportant un groupe partant réfractaire, -O-C. Une telle substitution est possible sur l’atome de silicium de la silice par l’emploi d’un acide de Lewis fort comme catalyseur et d’un sel fondu approprié servant de solvant.

Un réacteur prototype expérimental a été construit et le procédé a été testé en mode continu. La réaction de chloruration de la silice est d’une grande efficacité. Une étude technico-économique du procédé montre que la technologie conduit à un abaissement drastique des coûts de production du tétrachlorure de silicium et par conséquent du trichlorosilane par rapport aux techniques de production usuelles des chlorosilanes. Les prochaines étapes impliquent la réalisation d’essais à l’échelle du pilote incluant le design d’un réacteur approprié.

La chimie employée est en théorie modifiable pour obtenir directement le trichlorosilane (HSiCl₃ au lieu de SiCl₄) et le silane, SiH₄, à partir de la silice.

Développement d’une technologie de recyclage des câbles optiques

Présentement, il n’existe aucune technologie qui permette de recycler les câbles de fibres optiques. Les rebuts de câble sont disposés dans des sites d’enfouissement et les coûts sont défrayés par les opérateurs de réseaux de câbles optiques.

L’approche employée pour la production de chlorosilanes, décrite ci-haut, a été modifiée pour produire du SiCl₄ et du tétrachlorure de germanium, GeCl₄, à partir des résidus générés lors de la fabrication de fibre optique, de la désinstallation et du remplacement de câbles optiques.

Le principal avantage de cette technologie implique la production simultanée de SiCl₄ et de GeCl₄ en une seule étape peu coûteuse. Après purification, SiCl₄ et GeCl₄ sont recyclés en tant que composantes chimiques pour la production de fibre optique.

Comparativement aux technologies actuelles de production de SiCl₄ et GeCl₄, la technologie développée élimine plusieurs étapes coûteuses d’extraction et de transformation. La technologie réduit les coûts de production et a un impact direct sur la qualité de l’air, de l’eau et du sol. Une réduction par un facteur de 268 de l’émission de CO₂ est anticipée. Le processus novateur génère 1 000 fois moins de résidus solides que les technologies actuelles pour la production d’une quantité comparable de SiCl₄ et GeCl₄.

Développement de nouvelles technologies d’extraction des terres rares

Les principaux minéraux employés à l’échelle industrielle pour la production de terres rares légères sont la bastnaesite et la monazite. Souvent ces minéraux sont présents conjointement dans les environnements géologiques. Les concentrés de bastnaesite et de monazite produits par les producteurs miniers sont d’abord dissous soit par un traitement acide, soit par un traitement basique. Dans ces procédures, la présence des ions fluorures provenant de la dissolution de la bastnaesite occasionne des problèmes reliés à la formation de résidus insolubles de terres rares, de thorium et d’uranium. Les résidus de thorium et d’uranium ont par ailleurs des effets négatifs importants sur l’environnement.

De façon à simplifier les processus d’extraction existant des terres rares, une procédure de carbochloruration est en cours de développement. La procédure d’extraction permet la production directe de chlorures anhydres de terres rares, qui sont entre autres choses des composés de base entrant dans la fabrication du Mischmetal, de même que l’isolation d’un concentré de tétrachlorure de thorium.

Développement de nouvelles technologies d’extraction des métaux du groupe du platine

Les minéraux du groupe platine sont fréquemment associés à des strates enrichies en chrome, les chromites. Cette association rend difficile l’extraction des métaux du groupe du platine, MGP, par les techniques pyrométallurgiques conventionnelles. Des techniques de carbochloruration ont été développées aux échelles laboratoires et pilotes pour faciliter l’extraction des MGP de matrices réfractaires. Dans le cas spécifique de matrices chromitiques, l’application de techniques de carbochloruration permet un enrichissement du rapport Cr/Fe de la chromite combiné à l’extraction simultanée, sous la forme de chlorures solubles, des MGP. Les travaux en cours visent essentiellement l’optimisation d’une usine pilote opérée par une société commerciale traitant des matrices réfractaires riches en MGP.

BERGERON, M., LANGLAIS, A., OURRIBAN, M., PELLETIER, P., 2014. Dry chlorination process to produce anhydrous rare earth chlorides. PCT patent application: CA 2014051118; 57 p.

BERGERON, M., LANGLAIS, A., 2013. GeCl4 and/or SiCl4 recovery process from optical fibers or glassy residues and process for producing SiCl4 from SiO2 rich materials. Patent Australia: 200833180; Patent China: 200880125481.1; Patent Eurasia: 201070685; Patent Indonesia 201002291; Patent Japan 2010536299; Patent Republic of South Africa: 201004683; Patent USA: 12/746,267; 52 p.

BERGERON, M., RICHER-LAFLÈCHE, M., 2012. A process for recovering platinum group metals from ores and concentrates. Patent Australia: 20042573115; Patent Canada: 2,531,913; Patent Republic of South Africa: 200600207; Patent USA: 7,972,412; 27 p.

BERGERON, M., RICHER-LAFLÈCHE, M. 2009. A method for increasing the chrome to iron ratio of chromite products. Patent Canada: 2,514,830; Patent Europe: 1590494 B1; Patent Republic of South Africa: 20055669; Patent USA: 10/544,214; 20 p.