Doctorant / Doctorante en Génie des Procédés (H/F) - Modélisation de réacteurs polyphasiques électrifié

Sujet de thèse :
Le travail de thèse porte sur la modélisation multi-échelle et l'optimisation de procédés chimiques électrifiés, avec pour objectif de contribuer au développement de procédés industriels plus efficaces énergétiquement et moins émetteurs de CO₂.

Les travaux s'intéresseront notamment au réacteur à lit fluidisé chauffé par effet Joule (EBFBR – Electrified Bubbling Fluidized Bed Reactor). Un premier volet sera consacré au développement de modèles cinétiques détaillés des réactions chimiques étudiées, prenant en compte les spécificités du chauffage électrique et les phénomènes de transferts. Les paramètres cinétiques seront identifiés à partir de données expérimentales obtenues à différentes conditions opératoires.

Un deuxième volet portera sur la modélisation multiphysique et le changement d'échelle du réacteur, depuis les configurations de laboratoire jusqu'aux échelles pilote et préindustrielle. L'objectif sera de développer des modèles prédictifs intégrant les phénomènes électriques, thermiques et hydrodynamiques afin d'optimiser la géométrie et les conditions de fonctionnement du réacteur, tout en préservant ses performances et sa stabilité.

Dans un troisième volet, la modélisation sera étendue à l'ensemble du procédé, en intégrant les étapes de préparation des réactifs, de réaction, de séparation et de purification des produits, ainsi que les boucles de recyclage et les possibilités d'intégration énergétique. Le procédé complet sera modélisé à l'aide d'un simulateur de procédés couplé à un optimiseur externe.

Enfin, des méthodes d'optimisation mathématique, notamment de type MINLP (programmation non linéaire en nombres entiers mixtes), seront mises en œuvre afin d'identifier les configurations et conditions opératoires optimales. Les performances des procédés électrifiés seront comparées à celles de procédés conventionnels, en considérant leurs performances énergétiques, économiques et environnementales. Des analyses de sensibilité et d'incertitude permettront d'identifier les principaux leviers et verrous technologiques associés au déploiement de ces procédés à l'échelle industrielle.
Contexte :
La thèse s'inscrit dans le cadre du Programme et Équipements Prioritaires de Recherche (PEPR) SPLEEN (Soutenir l'innovation pour développer de nouveaux procédés industriels largement décarbonés), dans le cadre de la stratégie nationale France 2030.
Ce programme de recherche vise à accompagner la transformation de l'industrie vers des procédés moins émetteurs de gaz à effet de serre, en développant des solutions technologiques innovantes contribuant à la transition énergétique et à la neutralité carbone.
Le travail de thèse sera réalisé au sein du Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, dans un environnement scientifique pluridisciplinaire. Il contribuera aux objectifs scientifiques du programme à travers le développement de modèles et d'outils numériques permettant de mieux
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