Capture de dioxyde de carbone par solubilisation et précipitation dans les mousses // Carbon dioxide capture by solubilisation and precipitation within foams

Les mousses aqueuses sont des suspensions denses de bulles de gaz enserrées dans une phase continue liquide, stabilisées par des molécules tensioactives. Les mousses sont caractérisées par une faible densité, une surface spécifique élevée et la possibilité de varier les propriétés physico-chimiques des tensioactifs utilisés. Ces caractéristiques originales sont mises à profit dans les procédés de flottation en extraction minière pour séparer des particules hydrophiles et hydrophobes en suspension dans un liquide [Lem68,Ste12]. La pertinence d'un procédé similaire pour séparer différents gaz d'un mélange (atmosphère ou effluents d'usine), les uns restant dans les bulles tandis que les autres seraient solubilisés dans la phase liquide, n'a jamais été quantifié avec succès, malgré quelques travaux prometteurs [Wat16].

Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier et d'optimiser le potentiel des mousses aqueuses pour séparer le dioxyde de carbone (CO2) des autres gaz de l'atmosphère et de le capturer dans la phase liquide. Nous avons déjà montré que la grande solubilité du CO2, rapportée à celles des autres gaz dans l'air, est à l'origine de dynamiques originales de transfert entre bulles [Apr25]. L'idée est maintenant d'exploiter cette grande solubilité pour la capture. Pour ce faire, nous explorerons deux voies en jouant sur la composition chimique de la phase liquide. Tout d'abord, nous augmenterons son pH par adjonction de soude ou de potasse ; l'idée est de déplacer les équilibres acido-basiques des espèces obtenues par dissolution du CO2 en phase liquide (acide carbonique et ions hydrogénocarbonate et carbonate) pour maximiser le passage du CO2 des bulles au liquide. Ensuite, nous ajouterons des ions calcium ou magnésium en solution, ceux-ci formant des précipités permettant de piéger le CO2 sous forme solide. Cette stratégie est considérée comme très prometteuse pour la séquestration [Mat16].
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Aqueous foams are dense suspensions of gas bubbles enclosed in a continuous liquid phase, stabilised by surfactant molecules. Foams are characterised by low density, high specific surface area and the possibility of varying the physicochemical properties of the surfactants used. These unique characteristics are exploited in flotation processes in mining extraction to separate hydrophilic and hydrophobic particles suspended in a liquid [Lem68,Ste12]. The relevance of a similar process for separating different gases from a mixture (atmosphere or factory effluents), with some remaining in the bubbles while others are solubilised in the liquid phase, has never been successfully quantified, despite some promising work [Wat16].

In this context, the objective of this thesis is to study and optimise the potential of aqueous foams to separate carbon dioxide (CO₂) from other gases in the atmosphere and capture it in the liquid phase. We have already shown that the high solubility of CO2, relative to that of other gases in the air, is responsible for original transfer dynamics between bubbles [Apr25]. The idea now is to exploit this high solubility for capture. To do this, we will explore two avenues by manipulating the chemical composition of the liquid phase. First, we will increase its pH by adding soda or potash; the idea is to shift the acid-base equilibria of the species obtained by dissolving CO2 in the liquid phase (carbonic acid and hydrogen carbonate and carbonate ions) to maximise the transfer of CO2 from the bubbles to the liquid. Next, we will add calcium or magnesium ions to the solution, which will form precipitates that trap the CO2 in solid form. This strategy is considered very promising for sequestration [Mat16].
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

510 I-MEP² - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production

Le candidat (ou la candidate) sera issu d'un Master de physique, de mécanique ou de génie chimique. Il/elle devra faire preuve d'un goût à la fois pour la recherche expérimentale (conception et utilisation de dispositifs expérimentaux, mesures rigoureuses et systématiques, traitement approfondi des expériences) et théorique (conception de modèles et résolution numérique ou analyse de ceux-ci). Des connaissances en mécanique des fluides, en physique de la matière molle, sur les mécanismes de transfert de masse et/ou sur les procédés du génie chimique seront appréciées ; plus généralement, il/elle évoluera dans un environnement interdisciplinaire et devra faire preuve d'ouverture vers différentes disciplines.
The candidate will have a Master's degree in physics, mechanics or chemical engineering. He/she must demonstrate an interest in both experimental research (design and use of experimental devices, rigorous and systematic measurements, in-depth processing of experiments) and theoretical research (design of models and numerical resolution or analysis of these models). Knowledge of fluid mechanics, soft matter physics, mass transfer mechanisms and/or chemical engineering processes would be an advantage. More generally, he/she will work in an interdisciplinary environment and must demonstrate openness to different disciplines.