Étude des performances de stockage d'énergie du biocarbone issu de biomasse graphitique (biochar) et caractérisation multi-échelle // Investigating energy storage performances of graphitic biomass-derived biocarbon (biochar) and multiscale characterizatio

Le projet ERC vise à évaluer la capacité de stockage de composites de biocarbone innovants, une famille durable de matériaux carbonés avancés issus de la biomasse, destinés au stockage d'énergie dans divers environnements. Cette approche se distingue des solutions actuelles, majoritairement basées sur des combustibles fossiles ou des matériaux non durables, par son potentiel. Il devrait en résulter une réduction significative des émissions de CO₂ et des économies d'énergie considérables. Les travaux seront menés dans un contexte international, avec des visites régulières dans les laboratoires de nos partenaires en France et aux États-Unis.
Les études en cours portent sur la sélection des matières premières de biomasse, leur caractérisation, ainsi que sur la pyrolyse et la graphitisation pour la production de composites de biocarbone. Dans le cadre de ce projet ERC et en parallèle d'autres travaux menés au sein de notre groupe de recherche, cette thèse de doctorat sera consacrée à la compréhension et à la mise en œuvre du stockage d'énergie dans différentes conditions (technologie, température, atmosphère, etc.). Seront étudiés les dimensions géométriques et la forme optimales du composite, le cycle de stockage, le bilan énergétique, la résistance mécanique, la cinétique de corrosion et la thermodynamique.
Une attention particulière sera portée aux transformations chimiques, mécaniques et structurales multi-échelles (micro, nano et atomique) du biocarbone au cours du cycle de stockage. L'objectif est d'étudier les modifications de la nanostructure, de l'aromaticité et des domaines graphitiques cristallins du biocarbone, et d'examiner l'influence du cycle de stockage sur cette évolution. La spectroscopie Raman (Raman), la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à transmission (MET) et la spectroscopie photoélectronique X (XPS), entre autres techniques complémentaires, seront utilisées à cette fin. L'étude examinera la relation entre la structure du carbone, la stabilité thermomécanique et la conductivité du biocarbone, ainsi que l'impact de ces propriétés sur les performances de stockage.
Les indicateurs environnementaux, à savoir la consommation d'énergie et les émissions de CO₂, seront déterminés et comparés à ceux de matériaux de référence et de matériaux commerciaux.
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This work is part of an ERC (European Research Council) Advanced Grant project. The ERC is a European funding organisation that supports groundbreaking research projects through competitive grants, as part of the EU's Horizon Europe programme.
The ERC project aims at evaluating the storage capacity of innovative biocarbon composites, a sustainable family of advanced biomass-based carbon materials to store energy in various environments, as opposed to most of the current solutions relying on fossil fuel-based or non-sustainable materials. This should translate into remarkable CO2 emissions reduction and energy savings. The work will be carried out in an international environment with regular visits to international partners' laboratories in France and the USA.
Current studies are focused on the selection of biomass feedstocks, their characterisation, and on pyrolysis and graphitization to produce biocarbon composites. As part of this ERC work and in parallel with other ongoing studies in our research group, this PhD work will be dedicated to the understanding and the implementation of energy storage in various conditions (technology, temperature, atmosphere…). The composite's optimal geometric dimensions and shape, the storage cycle, the energy balance, the mechanical resistance, the corrosion kinetics, and thermodynamics will be investigated.
Attention will be paid to biocarbon multi-scale (micro, nano, and atomic) chemical, mechanical, and structural transformations during the storage cycle. It is expected to probe the changes in biocarbon nanostructure, aromaticity, crystalline graphitic domains, and investigate how this evolution is impacted by the storage cycle. Raman spectroscopy (RAMAN), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), among other complementary techniques, will be used to this end. The study should investigate the relation between carbon structure, thermomechanical stability, and conductivity of the biocarbon and the impact of these properties on storage performances.
Environmental indicators, namely energy consumption and CO2 emissions, will be determined and compared to those of reference and commercial materials.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Programmes de l'Union Européenne de financement de la recherche (ERC, ERASMUS)

IMT Mines Albi

468 MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés

Il est attendu que le/la candidat(e) soit titulaire d'un master en génie des procédés, génie des matériaux ou science des matériaux, avec des bases en phénomènes de transport (chaleur et matière) et en caractérisation des solides. Une première expérience dans certaines des techniques suivantes sera appréciée : DRX (XRD), XPS, ATG-DSC (TGA-DSC), adsorption N₂, MEB-EDS (SEM-EDS), HR-TEM, spectroscopie Raman ou spectroscopie RMN.
It is expected that the candidate holds a master's degree in chemical engineering, material engineering, or material science with an initial background in transport phenomena (heat and mass), and solids characterisation. Initial experience in some of the following techniques, XRD, XPS, TGA-DSC, N2 sorption, SEM-EDS, HR-TEM, Raman spectroscopy, NMR spectroscopy, and Synchrotron, will be much appreciated.