Postée il y a 17 heures
Bien que le graphène ait été synthétisé pour la première fois en 2004, la commercialisation du procédé est confrontée à certains défis attribués notamment au faible rendement et au coût de production élevé. Ces problèmes pourraient être résolus en utilisant la biomasse et les biodéchets comme précurseurs pour la synthèse de biocarbones graphéniques. Étant donné l'abondance de la biomasse, en particulier les biodéchets, et l’urgence face à la gestion des déchets, la transformation de ces ressources en un produit à valeur ajoutée tel que le biocarbone graphénique représente une voie durable et prometteuse.
La synthèse de ces biocarbones à partir de la biomasse est un challenge en raison du faible degré de graphitisation. Par conséquent, des catalyseurs métalliques tels que le fer et le calcium ont été utilisés pour améliorer le processus de graphitisation. Jusqu'à présent, des progrès significatifs ont été réalisés pour la graphitisation de la cellulose ou de la lignine, matériaux dit « non-graphitisables ». Bien que des progrès substantiels aient été réalisés dans la synthèse des biocarbones à partir de matériaux non conventionnels, des progrès sont nécessaires pour comprendre les mécanismes de formation des systèmes biocarbone-métal (et notamment l’influence de la nature de la ressource et/ou du dopage métallique), les paramètres contrôlant le processus et l'optimisation du procédé en fonction des applications visées. Un autre défi majeur concerne la source d'énergie nécessaire à la graphitisation. Le chauffage conventionnel pendant la graphitisation catalytique a été bien expliquée dans des articles récents. Ce travail explorera l'impact sur la graphitisation de l'énergie solaire concentrée et donc d'une source à haute densité énergétique par rapport au chauffage conventionnel, et son influence sur les interactions carbone-métal.
Pour améliorer les performances du biocarbone synthétisé dans les domaines d'application visés, la compréhension des interactions carbone-métal doivent être développées. Ainsi, l'objectif principal de cette étude est de synthétiser, caractériser et utiliser des biocarbones graphéniques-métal produits à partir de biomasse et de biodéchets, par graphitisation conventionnelle et solaire. Des techniques de caractérisation avancées seront utilisées pour déterminer la nanostructure, les propriétés thermophysiques et thermoélectriques des biocarbones. Les applications visées concernent les domaines de l'énergie et de la dépollution, avec un accent particulier sur la séquestration du CO2 et le stockage de l'hydrogène.
Activités
Les verrous scientifiques du projet sont :
• Comprendre les paramètres contrôlant la formation des systèmes carbone-métal en fonction des conditions opératoires et des matières premières sélectionnées, et décrire le mécanisme de formation du système carbone-métal.
• Mettre en évidence la relation entre les propriétés physico-chimiques, mécaniques, électriques et thermiques et le procédé de production (conventionnel et solaire).
• Modéliser et optimiser avec précision la nano et la macro structure du système carbone-métal en fonction des domaines d'application donnés.
Compétences
Le candidat doit être titulaire d'un doctorat en génie chimique ou en science des matériaux, ou en chimie ou en physique, et posséder une solide expérience de caractérisation des solides, en particulier des matériaux à base de carbone. Une expérience de certaines des techniques suivantes, XRD, XPS, TGA, FTIR, sorption de N2, SEM-EDS, HR-TEM, spectroscopie Raman, Synchrotron, et de la modélisation sera très appréciée.
La pratique avancée de l’anglais (écrit et oral) est nécessaire. Le (la) candidate devra faire preuve d’une grande capacité de synthèse et d’initiative dans la réalisation du projet.
Contexte de travail
Le candidat travaillera au Centre RAPSODEE à IMT Mines Albi pour la production de matériaux utilisant le chauffage conventionnel, et pour leur caractérisation. La carbonisation solaire assistée sera effectuée au laboratoire PROMES (Odeillo). Des analyses seront sous-traitées. Le travail de discussion et de modélisation sera effectué en collaboration avec les laboratoires concernés.
Le candidat travaillera au Centre RAPSODEE à IMT Mines Albi pour la production de matériaux utilisant le chauffage conventionnel, et pour leur caractérisation. La carbonisation solaire assistée sera effectuée au laboratoire PROMES (Odeillo). Des analyses seront sous-traitées. Le travail de discussion et de modélisation sera effectué en collaboration avec les laboratoires concernés.