Réacteur à garnissage élastique pour l’intensification des réactions de carbonatation par précipitation

Contexte et objectif: Le réchauffement climatique causé par les émissions de gaz à effet de serre, notamment le CO₂, est un enjeu majeur. Parmi les stratégies envisagées, le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS) apparaissent comme des solutions de référence, bien que les technologies actuelles soient souvent limitées par leurs coûts et leur forte consommation énergétique. Une alternative prometteuse consiste à transformer le CO₂ en minéraux, notamment en carbonate de calcium (CaCO₃), un composant clé dans de nombreux secteurs industriels. L’objectif de la thèse est d’optimiser la réaction de précipitation du CaCO₃ dans des conditions douces (température et pression ambiantes) dans une nouvelle famille de réacteur dynamique, le réacteur à garnissage élastique. La caractéristique innovante de ce réacteur réside dans la possibilité de faire varier in situ le volume et la morphologie du garnissage, notamment avec des cycles de compression/détente d’une mousse élastomère. Cette technologie ayant démontré de très bonnes performances en transfert de matière gaz-liquide (CO₂/eau) lors d’études précédentes [1], il est proposé d’optimiser ce réacteur innovant pour la précipitation du CaCO₃. Les premiers résultats obtenus sont particulièrement prometteurs et suggèrent que la mousse joue un rôle non négligeable dans les processus de nucléation.

Cette thèse représente un défi scientifique, car la technologie de réacteur à garnissage élastique en mode continu n’a encore jamais été étudiée dans la littérature pour la précipitation. Son exploration ouvre donc de nouvelles perspectives pour l’intensification des procédés de précipitation.

Déroulé: Le/la doctorant(e) sera chargé(e) de mettre en œuvre la réaction de précipitation du CaCO₃ au sein d’un pilote disponible au laboratoire. Dans un premier temps, les travaux porteront sur la réalisation de tests réactionnels et l’étude cinétique, en analysant l’impact de divers paramètres opératoires sur les performances du procédé. Par ailleurs, un modèle détaillé de la précipitation devra être développé afin de prendre en compte le couplage entre les phases gaz/liquide, les mécanismes de cristallisation (nucléation, croissance et/ou agglomération [2]), ainsi que la filtration des particules due à la présence des mousses. Le procédé sera optimisé en vue d’une potentielle industrialisation.

Compétences développées: Le/la doctorant(e) évoluera dans un environnement de recherche pluridisciplinaire combinant chimie douce, procédés de cristallisation/précipitation, cinétique réactionnelle et génie des procédés.  Il/elle développera des compétences en concevant et optimisant un réacteur innovant et éco-compatible. Cette thèse permettra à l’étudiant(e) de découvrir le monde de la recherche appliquée, d’interagir avec des acteurs académiques et industriels, et de contribuer à un enjeu majeur: le captage et la transformation du CO₂ dans des conditions douces avec des attentes industrielles fortes.

Durée et rémunération: 36 mois avec un salaire conventionné (Bourse de thèse UCBL1).

Profil attendu: Ce sujet est pour un(e) candidat(e) avec un profil procédé et une appétence pour les procédés de cristallisation/précipitation et/ou la chimie douce serait un plus. L’étudiant(e) devra faire preuve de rigueur et être rapidement autonome sur les manipulations. Une partie modélisation sera également développée sous Matlab ou Python. Des échanges avec des industriels sont prévus et donc l’aptitude du candidat à synthétiser ses travaux est attendue. Le travail devra être valorisé par la rédaction d’articles scientifiques.

Laboratoire d’accueil : CP2M : CP2M, The laboratory of Catalysis, Polymerisation, Processes and Materials LAGEPP http://www.lagepp.univ-lyon1.fr

Profil attendu: Ce sujet est pour un(e) candidat(e) avec un profil procédé et une appétence pour les procédés de cristallisation/précipitation et/ou la chimie douce serait un plus. L’étudiant(e) devra faire preuve de rigueur et être rapidement autonome sur les manipulations. Une partie modélisation sera également développée sous Matlab ou Python. Des échanges avec des industriels sont prévus et donc l’aptitude du candidat à synthétiser ses travaux est attendue. Le travail devra être valorisé par la rédaction d’articles scientifiques.