Modélisation du transport du CO2 dans une mousse (H/F)

Missions :
Les mousses aqueuses, composées de surfactants, de liquide et de gaz, sont des systèmes multi-échelles présentant une faible densité, des propriétés rhéologiques uniques et de grandes interfaces gaz-liquide, ce qui les rend prometteuses pour la séparation des gaz et la capture du CO₂. Cependant, leur potentiel est limité par un manque de compréhension des interactions complexes entre les échanges gazeux, l’écoulement du liquide et la structure de la mousse.

Ce projet vise à améliorer cette compréhension grâce à des expériences et des simulations, dans le but final de concevoir des réacteurs à mousse pour la séparation du CO₂ et sa conversion en biomasse de microalgues. Le principal défi consiste à comprendre comment la géométrie de la mousse (par exemple, la taille des bulles, les frontières de Plateau), l’écoulement du liquide et l’adsorption/diffusion du CO₂ sont interconnectés. Pour relever ce défi, des expériences, des simulations et une modélisation analytique seront menées afin d’identifier les meilleures conditions pour une séparation et une capture efficaces du CO₂.
Activités :
Le candidat développera un modèle multi-échelle pour le transport du CO₂ à travers une mousse drainée, en combinant des équations continues pour l’advection-diffusion à l’échelle de la mousse, des simulations moléculaires pour les interactions CO₂-surfactants et des simulations par éléments finis pour les interactions à l’échelle des bulles. Les modèles continus décriront le transport des gaz et des liquides, y compris les échanges de CO₂ entre le gaz et le liquide, à l’échelle macroscopique du réacteur. Parallèlement, les simulations par éléments finis et la dynamique moléculaire permettront de déterminer des paramètres effectifs, tels que l’adsorption de CO₂ et la perméabilité, dans des géométries et conditions réalistes. Ces paramètres seront ensuite intégrés dans les équations continues. Enfin, les algues seront introduites dans les modèles comme un terme de consommation de CO₂ afin d’étudier comment elles influencent l’efficacité de capture du CO₂ du réacteur à travers la production de biomasse.
Contexte de travail :
Le LIPhy est une unité mixte de recherche (CNRS - Université Grenoble-Alpes) et un laboratoire de physique interdisciplinaire qui regroupe des experts en théorie et en expérimentation des systèmes de matière molle et des fluides aux interfaces. Situé à Grenoble, le LIPhy est entouré de laboratoires en physique, chimie et biologie, offrant des opportunités de collaboration potentielles avec des groupes expérimentaux (par exemple, SAXS, SANS) en fonction des intérêts du candidat.