Doctorat - Projet 3D-SEPARATION (H/F)

Sujet de thèse :
Le ou la candidat(e) retenu(e) rejoindra l’équipe « Matériaux biosourcés » de l’Institut Jean Lamour à Épinal en tant que doctorant(e). Il ou elle travaillera sous la supervision de Vincent Nicolas (Maître de conférences HDR – Université de Lorraine) et Jimena Castro Gutiérrez (Ingénieure de recherche CNRS), avec Kerri Hickenbottom (Associate Professor – University of Arizona) comme co-responsable du projet 3D-SEPARATION, financé conjointement par le CNRS et l’Université d’Arizona (UofA).
L’objectif principal de ce projet est de développer un cristalliseur solaire biosourcé imprimé en 3D, destiné à la séparation sel/eau de saumures hautement concentrées, dans le cadre d’un dessalement passif de l’eau et de la récupération des minéraux.
La thèse proposée vise à développer une cellule d’évaporation reposant sur une matrice poreuse en carbone obtenue par impression 3D (stéréolithographie) à partir de résines biosourcées. Cette matrice aura pour rôle de renforcer les performances d’évaporation de l’eau et la cristallisation du sel en augmentant la surface d’échange entre l’eau à purifier et l’air ambiant et en captant efficacement le rayonnement solaire grâce à la forte capacitée d’absorption du carbone.
Dans le cadre du projet 3D-SEPARATION, les objectifs spécifiques sont :
1. Concevoir un évaporateur solaire performant pour la séparation des sels,
2. Développer un nouveau cristalliser solaire,
3. Avancer vers la mise en œuvre de systèmes à zéro rejet liquide (ZLD).

Le/la candidat(e) travaillera au développement des bio-résines dérivés de tanins réticulables pour l'impression 3D stéréolithographique. Il/elle réalisera la pyrolyse des structures imprimées pour les transformer en carbone poreuse tout en conservant leur géométrie initiale. Le/la canditat(e) devra donc produire des structures 3D en carbone pour optimiser leur géométrie vis-à-vis de leur utilisation comme matériaux d'évaporation d’eau. Des tests préliminaires ont récemment été réalisés à l'aide d'une structure en carbone imprimée en 3D avec une géométrie inspirée de la forme des arbres pour augmenter la surface d'échange, les résultats montrent le grand potentiel de ces matériaux en tant qu'évaporateurs pour la cristallisation du sel. L'objectif sera de maximiser la production de sel et d'eau, contrairement aux études précédentes où seule la production d'eau était prise en compte. La prochaine étape consistera à développer les propriétés du matériau, soit en appliquant des post-traitements pour modifier la tension superficielle et diriger le sel vers les zones à cristalliser, soit en le mélangeant avec d'autres matériaux tels que des hydrogels pour favoriser l'évaporation de l'eau. En parallèle, il faut trouver une conception optimale pour optimiser le transfert de masse et de chaleur. Différentes matrices de matériaux qui favorisent la cristallisation sélective et améliorée seront également évaluées. Pour cela, une app
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