Comportement cinétique et thermodynamique à haute température du biocarbone graphitique issu de biomasse (biochar). Application au stockage de l'énergie // High temperature kinetic and thermodynamic behaviour of graphitic biomass-based biocarbon (biochar)

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche de niveau avancé financé par le Conseil européen de la recherche (ERC). L'ERC est un organisme de financement européen qui soutient des projets de recherche novateurs par le biais de subventions compétitives, dans le cadre du programme Horizon Europe de l'UE.
Ce 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, permettant de stocker de l'énergie dans divers environnements. Cette approche se distingue des solutions actuelles qui reposent majoritairement sur des matériaux fossiles ou non durables. 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 internationaux en France, en Inde 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 et leur utilisation pour le stockage d'énergie dans différentes configurations et environnements. Dans le cadre de ce projet ERC et en parallèle avec d'autres études menées au sein de notre groupe de recherche, cette thèse de doctorat sera consacrée à la mesure et au calcul de données thermodynamiques et cinétiques. L'étude du comportement cinétique et thermodynamique, notamment la dissolution-précipitation, la nucléation des grains, la croissance et la stabilité du composite à base de biocarbone lors de sa formation, sera réalisée, entre autres approches, par la construction d'un diagramme de phase multicomposant. Les données expérimentales seront comparées aux données de modélisation. Cette approche permettra d'optimiser les propriétés thermophysiques et chimiques du biocarbone et d'affiner les procédures expérimentales et numériques.
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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, India, 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 well as their use for energy storage in various configurations and environments. As part of this ERC work and in parallel with other ongoing studies in our research group, this PhD work will be focused on the measurement and calculation of thermodynamic and kinetic data. Insight into the kinetic and thermodynamic behaviour, namely dissolution-precipitation, grain nucleation, growth, and stability of the biocarbon-based composite during their formation, will be determined in constructing a multi-component phase diagram, among other approaches. The data obtained from the experiment will be compared to data from modelling. This approach should enable the optimization of the thermophysical and chemical properties of the biocarbon and fine-tune the experimental and numerical procedures.
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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, chimie physique ou science des matériaux, avec des bases en modélisation thermodynamique et/ou cinétique ainsi qu'en programmation. 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, or material engineering, physical chemistry, or material science with an initial background in thermodynamic/kinetic modelling and programming skills. 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.