Étude de la chimie de combustion des carburants d'avion durables issus de la lignine // Study of combustion chemistry of lignin-based sustainable aviation fuels

Les SAFs constituent une voie prometteuse pour réduire significativement l'empreinte carbone du secteur aéronautique tout en respectant les exigences strictes de sécurité du transport aérien. Toutefois, la compréhension et la maîtrise des mécanismes de combustion, de la réactivité des carburants et de la formation des polluants sont essentielles pour permettre l'intégration sûre et efficace des SAFs issus de la lignine. Répondre à ces enjeux constitue l'objectif central de cette thèse.
Le travail de thèse reposera sur une approche combinant expérimentation et modélisation. La combustion de carburants substituts représentatifs des SAFs à base de lignine sera étudiée à l'aide de deux dispositifs expérimentaux complémentaires : (i) une machine à compression rapide (RCM) permettant de déterminer les délais d'auto-inflammation et de quantifier les espèces intermédiaires à des températures inférieures à 1000 K et à haute pression ; (ii) un brûleur à flamme laminaire pré-mélangée en configuration stagnation, destiné à mesurer les profils détaillés d'espèces chimiques à haute température à l'aide de systèmes avancés de chromatographie en phase gazeuse.
Les carburants-modèles seront sélectionnés en lien avec les travaux menés par les partenaires du CDP LILLEGNIN sur les procédés de dépolymérisation et d'hydrodésoxygénation de la lignine, et devraient appartenir principalement aux familles des alkylbenzènes ou des alkylcyclohexanes. Les données expérimentales obtenues à partir des deux réacteurs serviront à développer et valider un modèle cinétique détaillé pour la combustion de substituts de SAFs dérivés de la lignine. Cette approche intégrée permettra une analyse approfondie de la cinétique de combustion contrôlant la réactivité du carburant et la formation des polluants, apportant des connaissances fondamentales pour la formulation de carburants aéronautiques de nouvelle génération et la conception de turbines plus propres et plus efficaces fonctionnant avec des SAFs à base de lignine.
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SAFs offer a promising pathway to significantly reduce the carbon footprint of the aviation industry while maintaining the strict safety standards required for airborne transportation. However, understanding and controlling combustion mechanisms, fuel reactivity, and pollutant formation are essential for the safe and efficient integration of lignin-based SAFs. Addressing these challenges constitutes a central objective of this PhD project.

The research in this PhD project will combine experimental and modeling approaches. The combustion of surrogate fuels representative of lignin-based SAFs will be investigated using two complementary reactors: (i) a Rapid Compression Machine (RCM) to determine ignition delay times and quantify intermediate species at temperatures below 1000 K and elevated pressures, and (ii) a premixed laminar stagnation-flame burner to measure detailed species profiles at high temperatures using advanced gas chromatography systems.

The surrogate fuels will be selected based on ongoing studies conducted by CDP LILLEGNIN partners on lignin depolymerization and hydrodeoxygenation processes, and are expected to belong primarily to alkylbenzene or alkylcyclohexane families. The experimental datasets obtained from both reactors will be used to develop and validate a detailed chemical kinetic mechanism for lignin-derived SAF surrogates. This combined approach will enable an in-depth analysis of combustion kinetics controlling fuel reactivity and pollutant formation, providing fundamental knowledge to support the formulation of next-generation aviation fuels and the design of cleaner and more efficient turbine engines operating on lignin-based SAFs.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://pc2a.univ-lille.fr/axes-de-recherche/physico-chimie-de-la-combustion

Plan Investissement d'Avenir (Idex, Labex)

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Prérequis : Le/la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 ou d'un diplôme d'ingénieur en chimie ou en physico-chimie. Un goût prononcé pour le travail expérimental est indispensable. Des connaissances solides en combustion et en cinétique chimique constitueront un atout. Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique (écrit et oral) ainsi qu'une aptitude au travail en équipe dans un environnement collaboratif sont requises.
Prerequisites: Applicants must hold a Master's degree (MSc) or an engineering degree in chemistry or physical chemistry. A strong interest in experimental research is essential. Solid knowledge of combustion and chemical kinetics will be considered an asset. Proficiency in scientific English (both written and spoken) and the ability to work effectively in a collaborative research environment are required.