Sujets These Ouverts 2013 FR

Sujets de thèse 2013

I N T R O D U C T I O N

IFP Energies nouvelles, organisme de recherche et d'innovation spécialisé dans les domaines

de l'énergie, des transports et de l'environnement, propose de nombreux sujets de thèse dans

un grand nombre de disciplines scientifiques: chimie, biotechnologies, mathématiques

appliquées, économie, sciences de la terre, sciences de l'ingénieur.

Dix Directions de Recherche regroupent ces disciplines : Géosciences, Mécanique appliquée,

Techniques d'applications énergétiques, Technologie – Informatique – Mathématique

appliquée, Physique et analyse, Catalyse et séparation, Chimie et physico-chimie appliquée,

Conception – Modélisation – Procédés, Expérimentation procédés, Economie et veille.

En règle générale, les travaux de thèse démarrent entre septembre et décembre, mais d'autres

dates peuvent être considérées dans des cas spécifiques. Pour une majorité de thèses, les

travaux se déroulent sur nos sites de Rueil-Malmaison ou de Lyon. Certaines thèses se

déroulent en grande partie dans des laboratoires partenaires, d'autres à temps partiel sur

plusieurs sites.

La majeure partie des sujets sont pourvus via une allocation de recherche IFPEN, d'autres

bénéficient d'un financement extérieur du doctorant (convention CIFRE, bourses, ...).

Dans ce document sont regroupés les sujets de thèse proposés pour l'année 2013. En raison du

très large spectre thématique couvert par les sujets proposés vous êtes invité à parcourir la

totalité du document.

Les candidats sont invités à adresser par courrier électronique à la personne indiquée comme

contact sur la fiche descriptive du sujet une lettre de motivation et un Curriculum Vitae au

format Word ou PDF.

Ce document est daté du 1er Février 2013. Pour des mises à jour, merci de consulter http://www.ifp-school.com/fr/Themes-de-recherche-ouverts/thesis/45/70

http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/formation [email protected]

Sujets de thèse 2013

L I S T E D E S S U J E T S

Schémas multi-échelles pour la simulation d' écoulements en milieux poreux à géométrie complexe.

Utilisation de méta-modèles multi-fidélité pour l'optimisation de la production des

réservoirs.

Modélisation d'écoulement dans les réservoirs non-conventionnels de très faibles perméabilités.

Modélisation des déplacements basés sur la mousse en récupération assistée.

Injection de tensioactifs pour la récupération assistée du pétrole : le cadre de Darcy

diphasique reste-t-il adapté ? Implication sur les lois régissant le transport de systèmes eau-hydrocarbures-tensioactif en milieux poreux

Tenue à la mer d'un flotteur animé de grands mouvements pour les énergies marines

renouvelables.

Calcul Haute Performance pour la simulation multi-échelle des lits fluidisés.

Fatigue et fatigue corrosion en tension biaxiale.

Milieux granulaires de particules non convexes : application aux nouvelles formes de catalyseurs.

Apport de la chromatographie liquide bidimensionnelle (LCxLC) pour l'analyse de

matrices non pétrolières.

Simulation du transport de matière dans les milieux multi échelles par modèles de réseaux poreux.

Modèles d'alumines mésoporeuses formées de plaquettes.

Influence des conditions de calcination des oxydes d'alumine sur les propriétés

d'adsorption d'hydrocarbures.

Nouveaux complexes métallacycliques au fer pour l'oligomérisation sélective de l'éthylène.


Nouveau procédé de précipitation pour la synthèse d'alumine.

New catalysts for catalytic biomass transformation through the development of acid-

base model solids.

Solides acido basiques pour la conversion d'alcools bio-sourcés : étude des relations structure / propriétés catalytiques.

Facteurs régissant la résistance hydrothermale des catalyseurs hétérogènes.

Approche multitechnique des phénomènes de diffusion en Hydrotraitement de

Distillats.

Effet coopératif en catalyse d'hydrotraitement : rôle de l'acidité ?

Modélisation ab initio de la sélectivité de nanoagrégats bimétalliques supportés sur Al2O3.

Etude des mélanges gaz-polymère par simulation moléculaire.

Approches génomiques globales pour déchiffrer le métabolisme de Trichoderma

reesei.

Développement d'une approche QSPR inverse avec une application à l'EOR.

Relations structure-propriétés des supports de catalyseur : approche physico-chimique des suspensions de boehmite (de la synthèse au séchage).

Compréhension et modélisation de l'emballement thermique de batteries Li-ion neuves

et vieillies.

Étude de la stabilité à l'oxydation des carburants en phase liquide.

Modélisation système de la combustion dans les moteurs à allumage commandé à injection directe.

Développement de modèles réduits pour l'analyse thermique des machines de traction

pour véhicules hybrides et électriques.

Simulation aux grandes échelles de la combustion Diesel.

Contrôle-commande des éoliennes flottantes.

Méthodes d'identification en ligne de l'état de santé des batteries Li-ion et de minimisation de leur vieillissement.

Bases mixtes ondelettes-gaussiennes pour le calcul de structures électroniques.

Analyse de réseaux biologiques (transcriptomiques) par graphes structurés et

contraintes variationnelles de parcimonie.



Étude mécanistique de l’hydroconversion catalytique de bio-huile de pyrolyse.

Étude des écoulements diphasiques et du mouillage dans les garnissages structurés.

Séparation réactive des acides carboxyliques d’un milieu fermentaire, application à

l’acide succinique.

Caractérisation et modélisation réservoir d'un système carbonaté lacustre à salinité variable. Le Priabonien / Rupélien du bassin syn-rift d’Alès et des régions limitrophes (SE France).

Modélisation de la propagation de fractures hydrauliques par X-FEM.

Origine et dynamique des flux d'hydrogène en milieu continental: système

roche/eau/gaz. Exemple du Kansas.

Initialisation en contraintes des modèles géomécaniques.

Fluides non conventionnels dans le système de dépôt lacustre du bassin de Muglad, Soudan.

Détermination de la perméabilité effective d'un milieu poreux par analyses

géochimiques de traceurs.

Évaluation de l'approche "Expérimentation Haut débit" en lit fixe pour le screening de catalyseur Fischer-Tropsch.

Sujet de thèse 2013

Domaine Scientifique : Mathématiques

Sujet de thèse : Schémas multi-échelles pour la simulation d' écoulements en milieux poreux à géométrie complexe

Résumé

Cette thèse vise à étendre la méthode multi-échelle, proposée par F. Ouaki pour la simulation de problèmes de convection-diffusion, à des maillages généraux non structurés.

Les techniques multi-échelles ont été introduites pour résoudre plus efficacement en parallèle des équations aux dérivées partielles. Leur principe est le suivant. Un maillage grossier est tout d'abord construit en agglomérant les mailles d'un maillage fin donné en entrée, sur lequel sont définis les paramètres du problème (perméabilités, coefficients de diffusion...). Puis, des fonctions de base dites multi-échelles associées au maillage grossier sont construites de façon à intégrer les variations des paramètres à l'échelle fine. Un système linéaire relatif au modèle grossier est ensuite résolu pour construire une première solution grossière. Une mise à l'échelle de cette solution sur le maillage fin via les fonctions de base est effectuée dans une dernière étape. La résolution du système linéaire au niveau grossier et les calculs découplés des fonctions de base rendent la résolution du problème de départ plus efficace par rapport à des modes de résolution plus classiques n'utilisant qu'un seul maillage. Le travail de thèse de F. Ouaki nous a permis de proposer un schéma multi-échelle adapté à la simulation de problèmes de convection-diffusion et de tester les techniques multi-échelles sur la plateforme Arcane. Les premiers résultats sont encourageants mais, dans sa forme actuelle, le prototype ne peut utliser que des maillages cartésiens à l'échelle fine et à l'échelle grossière. Or les maillages qui sont utilisés en ingénierie de réservoir, par exemple, sont souvent non structurés. Pour pouvoir être utilisée sur de tels maillages, notre méthode multi-échelle doit pouvoir agglomérer des mailles de formes à priori quelconques et construire les fonctions de base sur ces éléments agglomérés. Les résultats publiés récemment sur les méthodes de type Galerkin discontinues (dG) rendent cette extension possible. Notre objectif sera donc de proposer un solver multi-échelle dG efficace en parallèle et adapté aux géométries complexes.

Contact : Guillaume Enchéry [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Technologie, Informatique et Mathématiques appliquées Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison


mailto:[email protected]


Domaine Scientifique : Sciences de la Terre et sciences connexes de l'environnement

Sujet de thèse : Utilisation de méta-modèles multi-fidélité pour l'optimisation de la production des réservoirs

Résumé

Pour prédire au mieux le comportement d'un réservoir en réponse au schéma d'exploitation et optimiser la production, les ingénieurs ont besoin d'avoir à leur disposition des modèles représentatifs du réservoir. Pour cela, ils disposent de deux types de données: des données statiques indépendantes du temps et des données dynamiques liées au déplacement des fluides dans le réservoir. Pour contraindre les modèles de réservoir à ces données, on peut utiliser des méthodes d'optimisation qui vont guider la perturbation de paramètres incertains intervenant dans la définition du modèle de réservoir. L'objectif est de réduire l'écart entre données dynamiques observées et réponses simulées pour le modèle. Ce dernier est quantifié par une fonctionnelle appelée fonction objectif. L'une des limitations de ce processus de calage réside dans le temps nécessaire pour réaliser les simulations d'écoulement pour chaque nouveau modèle considéré lors de l'optimisation. Une manière de réduire les temps de calcul consiste à construire un méta-modèle de la fonction objectif qui peut ensuite être utilisé pour remplacer les simulations d'écoulement à certaines étapes du processus de calage. Jusqu'à présent, les méta-modèles considérés en ingénierie de réservoir étaient construits à partir de simulations réalisées sur un même niveau de résolution. Ici, on se propose d'étudier un autre type de méta-modèles capable d'intégrer l'information collectée à différents niveaux de résolution : les méta-modèles multi-fidélité. L'objectif de ce travail est d'estimer le potentiel de tels modèles sur des applications réservoir, en étudiant notamment le gain en temps de calcul par rapport à la qualité du modèle associé. Plusieurs aspects sont à considérer, comme le choix des points à simuler pour construire, puis améliorer itérativement le méta-modèle, en considérant d'une part la valeur des paramètres et d'autre part le niveau de résolution auquel calculer la réponse numérique. Par ailleurs, plusieurs types d'information basse résolution pourraient être considérés, comme des simulations d'écoulement sur des grilles grossières ou avec une physique simplifiée.

Contact : Véronique Gervais-Couplet [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences physiques / Mathématiques appliquées

Sujet de thèse : Modélisation d'écoulement dans les réservoirs non-conventionnels de très faibles perméabilités

Résumé

La production de gaz dans les réservoirs de gaz de schiste se caractérise par un écoulement monophasique (gaz) et/ou multi-phase dans des roches d'extrêmement faible perméabilité, très hétérogènes/fissurées et sensibles à la contrainte géomécanique. En raison de la très faible perméabilité, les lois d'écoulements traditionnellement utilisées dans les simulateurs de réservoir pourront ne pas être applicables ou réalistes pour modéliser les physiques d'un tel écoulement. Par exemple, les simulateurs de réservoir fracturé conventionnels, fondés sur une représentation homogénéisée de deux milieux en interaction, ne permettent pas de simuler correctement les échanges entre matrice et fissure, qui demeurent en régime transitoire pendant une très longue période, en raison de la très faible perméabilité du milieu matriciel. La contribution de la matrice à la production est de plus accrue sur le long terme par la désorption du gaz fixé sur la roche. Or la modélisation double milieu actuelle ne prend pas en compte la désorption du gaz ni l'effet Klinkenberg, qui tous deux impactent le niveau et la cinétique des transferts matrice-fissure. Dans cette thèse, nous étudierons d'abord les impacts des différents mécanismes physiques sur la production de gaz. Ensuite, nous concentrerons nos recherches sur la modélisation des interactions entre matrice et fissure, le mécanisme principal de la production de gaz dans ce type de réservoir de très faible perméabilité. Plusieurs pistes sont envisageables pour améliorer le modèle double milieu actuel, qui utilise l'approche pseudo-permanent pour calculer l'échange matrice-fissure: l'approche multi-porosité, l'approche MINC (Multiple Interacting Continua) ou l'utilisation d'un facteur de forme variable. Prenant pour référence un modèle discrétisant finement fractures et matrice, nous allons explorer ces différentes pistes afin de simuler de manière prédictive et performante les transferts aux différentes échelles et ainsi étendre le domaine d'application de notre modèle actuel à la simulation des gaz de schiste. Contact : Didier-Yu Ding [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences Physiques

Sujet de thèse : Modélisation des déplacements basés sur la mousse en récupération assistée

Résumé

One standard technique of recovering oil is to inject water and/or gas into the geological formation to force out the oil. Water and/or gas injection may reveal ineffective in recovering the oil in place because of high permeability contrasts in reservoir bodies or layers, and/or because unfavorable mobility ratio between the injected fluid and the oil in place. To reduce such detrimental effects on the recovery, foams constitute one solution that is regarded with interest by reservoir engineers for field with poor recovery diagnosis with conventional secondary recovery methods. In addition, the opportunity of foam injection to further improve the microscopic sweep of the rock is also considered through the incorporation of low water-oil interfacial tension agents in the foam. As the foam needs to be pumped through the porous rocks, a detailed understanding of foam nucleation, flow and collapse in porous media is desirable.

Probing oil recovery by foam-based displacements at field scale within reservoir simulation in a predictive and physical manner remains a challenge. As a matter of fact, the physics implemented in the simulator cannot deal with the full microscopic non-equilibrium physics because of a lack of relevant knowledge of foam flooding in porous media (sandstones, carbonates, fractured reservoirs), and because of the very large and complex systems which are addressed: they are uncertain, require large grid blocks and computation times, and therefore as few input parameters as possible. Yet, these input parameters should be as physical and representative as possible in order to enable a relevant and predictive connection between the core scale, where detailed physical measurements can be performed and possibly understood, and the field scale where they usually cannot.

Contact : Frédéric Douarche [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre & Sciences Physiques

Sujet de thèse : Injection de tensioactifs pour la récupération assistée du pétrole : le cadre de Darcy diphasique reste-t-il adapté ? Implication sur les lois régissant le transport de systèmes eau-hydrocarbures-tensioactif en milieux poreux

Résumé

La récupération assistée du pétrole à base d'injection de tensioactifs est un procédé du plus grand intérêt car il permet potentiellement d'accroître notablement les réserves. Cependant, le design d'une formulation tensioactive qui soit la mieux adaptée pour un réservoir donné est un processus complexe. Des outils robotiques de formulation, des expériences en milieu poreux et l'utilisation de modèles numériques sont nécessaires pour la mise au point et la validation de la formulation la plus efficace.

Parmi ces différents outils nécessaires au design du procédé, la modélisation d'écoulements complexes en milieu poreux joue un rôle primordial car elle permet tout d'abord d'évaluer la récupération d'huile à l'échelle d'un pilote, mais aussi elle permet de simuler les expériences de laboratoire. La modélisation permet ainsi de réduire de manière importante le nombre d'expériences de calibration nécessaires et permet de réaliser des études paramétriques très utiles durant la phase d'optimisation.

Les simulateurs de réservoir dans l'industrie pétrolière utilisent le cadre de Darcy diphasique appliquée aux écoulements de fluides immiscibles. Cependant, ce formalisme ne prédit pas d'écoulement pour les phases lorsqu'est atteinte la saturation résiduelle.. En effet, pour cette saturation la perméabilité relative est nulle et la phase n'a plus de mobilité. Il s'avère ainsi nécessaire de savoir comment modifier les paramètres d'entrée dans ce formalisme (tels que les courbes de perméabilités relatives) afin de représenter correctement les écoulements observés dans le cas d'injection de tensioactif .

Les objectifs de cette thèse sont d'étudier expérimentalement les écoulements eau-huile-tensioactif en milieu poreux afin de mesurer les mobilités des phases, d'identifier les paramètres à prendre en compte et les modifications à apporter au cadre de la loi de Darcy appliquée aux écoulements de deux fluides et ce, dans la perspective de disposer d'un outil prédictif pour ce type d'écoulement .

Contact : Yannick PEYSSON [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de l'ingénieur (mécanique)

Sujet de thèse : Tenue à la mer d’un flotteur animé de grands mouvements pour les énergies marines renouvelables.

Résumé

Dans le cadre du renforcement de son positionnement sur les énergies renouvelables, IFPEN va mettre ses compétences acquises dans le domaine de l'offshore pétrolier au service des énergies marines. Les corps flottants servant de capteur d'énergie marine seront exposés, par nature, à des mers fortes et, pour certains, leur conception fait qu’ils seront a priori animés de grands mouvements. Cette particularité fait que la simulation numérique de leur comportement sur houle met bien souvent en défaut les codes de calcul standard. En effet, de telles conditions opérationnelles font apparaitre des effets fortement non linéaires ne pouvant être modélisés qu'au travers de l'utilisation de modèles d'ordre supérieur. L'objectif de la thèse proposée est donc de développer un modèle robuste permettant de simuler à la fois les mouvements de grande amplitude subis par ces systèmes de récupération d'énergie marine et de calculer les efforts extrêmes apparaissant lors d'états de mer sévères. Cet outil devra également présenter un temps de calcul raisonnable et être applicable pour une large gamme d'états de mer incluant des cas de houles extrêmes. Les outils de CFD standard, théoriquement aptes à traiter ce type de problème, présentent des temps de calcul encore prohibitifs, le choix d'un modèle potentiel non-linéaire a alors été fait. La formulation basée sur les équations "weak-scatterer" a notamment été retenue car elle présente un bon compromis entre précision du modèle et temps de calcul

Contact : M. Jean-Christophe Gilloteaux [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Mécanique appliquée Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison – Ecole Centrale,Nantes





Sujet de thèse : Calcul Haute Performance pour la simulation multi-échelle des lits fluidisés

Résumé

Dans un lit fluidisé, un empilement (dense ou lâche) de particules solides dans un récipient est remis en suspension par l'action d'un écoulement ascendant de liquide ou de gaz. Ce type de configuration est représentatif de nombreux procédés catalytiques (craquage ou polymérisation) mettant en jeu des réactions chimiques entre le catalyseur et le fluide et pour lesquels fluidiser le lit améliore l'efficacité du procédé. Les lits fluidisés ont été largement étudiés dans la littérature et les caractéristiques stationnaires dans des cas simples sont aujourd'hui bien connues (vitesse de fluidisation, hauteur moyenne du lit, ...). L'objectif de la thèse est d'apporter une nouvelle contribution à la compréhension détaillée de ces écoulements (aspects instationnaires, poly-dispersité, particules non-sphériques, transferts de chaleur, ...) en utilisant une approche multi-échelle et le calcul haute performance. Nous étudierons ces systèmes à l'échelle micro par une approche de simulation numérique directe (DNS) ainsi qu'à l'échelle méso à l'aide de simulations DEM-CFD. Nous réaliserons des DNS inédites sur des problèmes à plusieurs milliards de degrés de liberté. L'analyse des énormes quantités de données générées par les simulations nécessitera l'emploi d'outils appropriés de visualisation et de statistiques. Non seulement les résultats de DNS fourniront de nouvelles informations au cœur de l'écoulement, inaccessibles à l'expérience par des mesures non-intrusives, mais ils permettront également de nourrir notre analyse multi-échelle dans laquelle les progrès réalisés aux échelles les plus fines sont transférés vers les échelles supérieures.

Contact : M. Antony Wachs [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Mécanique appliquée Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de l'ingénieur et technologiques (Génie mécanique)

Sujet de thèse : Fatigue et fatigue corrosion en tension biaxiale

Résumé

La prédiction de durée de vie par fatigue est aujourd'hui un besoin primordial pour concevoir des structures offshores. L'état de contraintes rencontré dans de telles structures (flexibles, connecteurs) correspond généralement à un état de tension biaxiale. Actuellement, la majorité des études en fatigue multiaxiale concerne des problèmes de tension/ compression et de torsion : les nombreux critères développés dans le cadre de ces études ne parviennent donc pas à prédire les durée de vie pour les structures ciblées ici. De plus, l'environnement corrosif supporté par les structures offshore est peu traité : la majorité des études en fatigue-corrosion se limite aux chargements uniaxiaux.

L'objectif de cette thèse est de définir, tout d'abord, un critère de fatigue pour les états de tension biaxiale rencontrés dans l'industrie offshore, puis d'implémenter ce critère dans un code commercial et finalement d'évaluer l'abattement de durée de vie lié à l'environnement corrosif.

Pour cela, des tests de fatigue biaxiale seront menés au sein du Laboratoire de Mécanique des Solides à l'Ecole Polytechnique sous des chargements répétés de tension et de pression interne. Les effets de la contrainte moyenne, de la biaxialité et d'un chargement non proportionnels seront recherchés. A ces essais macroscopiques, s'ajouteront des observations microscopiques afin de comprendre les mécanismes d'endommagement et de suivre les phénomènes d'initiation et de propagation des fissures. Des essais supplémentaires en milieu corrosif seront finalement menés afin d'évaluer l'effet de la biaxialité sur la réduction de la durée de vie en environnement nocif.

Le candidat à cette thèse doit avoir un goût pour la recherche et des compétences prononcées pour l'expérimental et la modélisation.

De solides connaissances en mécanique des matériaux et des structures est requise (Master recherche ou ingénieur + modules complémentaires de master en mécanique et matériaux).

Contact : Mme Eléonore Roguet [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Mécanique appliquée Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison, LMS-Ecole Polytechnique Palaiseau





Sujet de thèse : Milieux granulaires de particules non convexes : application aux nouvelles formes de catalyseurs

Résumé

L'efficacité d'un réacteur catalytique est délicat à estimer a priori car elle dépend de nombreux paramètres comme la microstructure de l'empilement aléatoire de particules, la nature de l'écoulement à travers le lit fixe et les propriétés catalytiques intrinsèques du matériau. L'objectif de ce travail de thèse consiste à poursuivre la validation de la chaîne d'outils intégrée liant procédure de chargement, microstructure du lit, hydrodynamique de l'écoulement et réaction chimique, et l'utiliser pour l'étude de nouvelles formes de catalyseurs. Cette chaîne d'outils intégrée repose sur des outils de modélisation numérique directe à l'échelle des particules: GRAINS3D pour les milieux granulaires et PeliGRIFF pour les écoulements fluide/solides réactifs. La nouvelle contribution consiste donc à étendre les capacités de modélisation numérique de GRAINS3D aux particules non-convexes. La stratégie la plus simple, mais potentiellement la plus performante, suppose de décomposer un objet non-convexe en une somme d'objets convexes. Cette option sera privilégiée mais des alternatives seront recherchées. La motivation pratique de ce travail de recherche est liée à la volonté des industriels de tester de nouvelles formes de catalyseur de type trilobe ou quadrilobe (trèfle à 3 ou 4 feuilles 3D). En effet, ces formes présentent un meilleur rapport surface sur volume comparé aux formes traditionnellement employées dans l'industrie du raffinage et pourraient mettre en évidence de meilleurs taux de conversion. Une fois validée, notre chaîne d'outils intégrée permettra de qualifier de manière quantitative le design d'un nouveau réacteur catalytique et d'évaluer comment un paramètre d'entrée, comme une procédure de tassement pour densifier l'empilement, affecte les propriétés, comme la perte de charge à travers le lit, et finalement l'efficacité globale du réacteur catalytique.

Contact : M. Anthony Wachs [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Mécanique appliquée Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Sciences chimiques

Sujet de thèse : Apport de la chromatographie liquide bidimensionnelle (LCxLC) pour l'analyse de matrices non pétrolières

Résumé

L'analyse de produits thermosensibles et de hautes masses moléculaires en solutions aqueuses est un verrou analytique commun à diverses thématiques telles que la transformation de la biomasse lignocellulosique en carburants et produits chimiques mais également au captage du CO2 par les solutions d'amines. La caractérisation détaillée des solutions aqueuses est nécessaire pour accéder au développement et à l'optimisation de nouveaux procédés industriels. Les techniques séparatives classiques ne sont pas adaptées à cette problématique : peu adaptée aux matrices aqueuses, la chromatographie gazeuses ne convient pas à l'analyse des espèces thermosensibles et de hautes masses moléculaires. La chromatographie liquide (LC) est en revanche une technique appropriée mais souffre d'un manque de résolution. Dans ce contexte, la chromatographie liquide bidimensionnelle LCxLC apparaît comme une approche novatrice et attrayante car très résolutive, non limitée par la volatilité des composés et pouvant être informative sur les structures chimiques détectées. Cette technique émergente requiert encore des efforts d'investigation car très peu d'analyses quantitatives sont à ce jour développées, avec un fort besoin en automatisation dans le retraitement des données LCxLC.

L'objectif de ce sujet de thèse est de démontrer l'apport de la chromatographie liquide LCxLC pour l'analyse de solutions aqueuses complexes. Pour cela, la démarche scientifique et technique de ces travaux de thèse sera basée sur l'étude et l'optimisation des conditions de séparation LCxLC (phases stationnaires et conditions d'élution) et de détection (détection par spectrométrie de masse, UV, DEDL) ainsi que sur la mise au point d'un outil d'automatisation pour le traitement des données LCxLC afin de permettre une exploitation facilitée des chromatogrammes complexes obtenus.

Contact : Mme Agnès Le Masle [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Physique et Analyse Lieu de travail : IFPEN Lyon





Sujet de thèse : Simulation du transport de matière dans les milieux multi échelles par modèles de réseaux poreux

Résumé

Les techniques d'imagerie modernes comme la tomographie électronique, la microscopie électronique à balayage couplée à un faisceau d'ions focalisé ou la tomographie à rayons X permettent de caractériser des matériaux, en trois dimensions, de l'échelle du nanomètre à l'échelle du millimètre. A partir des volumes obtenus par ces techniques, il est possible d'extraire le réseau poreux d'un échantillon et de simuler le transport de matière dans ce dernier. Nous proposons d'appliquer une telle approche sur deux type d'échantillon poreux multi-échelles pour lesquels le transport de matière est régi par des phénomènes de diffusion-adsorption : les schistes et les catalyseurs d'hydrotraitement de résidus. Dans un premier temps, nous caractériserons les réseau poreux de trois échantillons représentatif de chacune de ces deux classes de matériaux par deux techniques d'imageries à deux échelles différentes et extrairons les réseau poreux correspondants. Puis, les modèles de réseau poreux existants seront adaptés pour prendre en compte les phénomènes de diffusion et d'adsorption ainsi que le caractère multi échelle du réseau. Enfin, nous comparerons les propriétés macroscopique prédites par le modèle avec des mesures expérimentales avec des mesures de coefficient de diffusion effectif par résonnance magnétique nucléaire à gradient de champ pulsé.

Contact : M. Loïc Sorbier [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Physique et Analyse Lieu de travail : IFPEN Lyon – PECSA Lyon




Domaine Scientifique : Génie des matériaux

Sujet de thèse : Modèles d'alumines mésoporeuses formées de plaquettes

Résumé A partir de résultats de caractérisations (diffusion des rayons X aux petits angles, microscopie électronique en transmission, physisorption d'azote) obtenus sur des alumines formées de plaquettes, nous proposons de développer des modèles stochastiques hiérarchiques. Ces modèles reproduiront l'agencement complexe des plaquettes qui génère le réseau poreux. En étudiant les fluctuations de texture à plusieurs échelles, nous déterminerons le volume élémentaire représentatif et calculerons des grandeurs morphologiques et statistiques (porosité, surface spécifique, nombres de connexité, capacités de Choquet, ... ). A partir de ces modèles, nous simulerons les isotherme d'adsorption et désorption d'azote et calculerons le coefficient de diffusion effectif. Une méthodologie sera mise au point afin de mettre en correspondance une isotherme expérimentale avec celles d'une base de donnée générée par simulation, permettant une correspondance directe entre une isotherme d'adsorption-désorption d'azote et des descripteurs texturaux.

Contact : Loïc Sorbier [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Physique et Analyse Lieu de travail : IFPEN Lyon - CMM MinesParisTech, Paris





Sujet de thèse : Influence des conditions de calcination des oxydes d'alumine sur les propriétés d'adsorption d'hydrocarbures.

Résumé

Les alumines (Al2O3) sont parmi les solides poreux les plus utilisés dans le domaine de la catalyse hétérogène et de l'adsorption. Leur état de surface est fortement dépendant des conditions opératoires utilisées lors de l'étape de calcination transformant la bohemite en alumine de transition. Bien qu'il existe de nombreuses études sur ces solides, on connait encore peu l'influence de leurs propriétés de surface sur l'adsorption des hydrocarbures. Or, ce mécanisme d’adsorption constitue la première étape, et peut-être même l'étape limitante, pour des problématiques communes à de nombreuses applications étudiées à IFPEN :

- problèmes de cokage et de désactivation,

- problèmes de réactions secondaires (ex.: hydrogénation des oléfines).

La thèse proposée a donc pour objectif de mieux comprendre le lien entre les conditions de synthèse (i.e. calcination) des oxydes d'alumine et les propriétés d'adsorption de molécules hydrocarbonées.

Dans un premier temps, le doctorant synthétisera une série d'échantillons d'alumine selon différentes conditions de calcination. On étudiera notamment l'influence de la température de calcination et de la composition du gaz de calcination. Les propriétés structurales des échantillons ainsi synthétisés seront ensuite déterminées par les méthodes classiques, couplées à une méthode originale basée sur la thermodésorption programmée de l'eau, afin d'évaluer les fonctions de distribution énergétiques des groupements -OH de surface.

Le doctorant effectuera par la suite des mesures d'isothermes d'adsorption d'hydrocarbures sur les échantillons synthétisés. Différentes familles (paraffines, oléfines, aromatiques) seront envisagées et les résultats d'adsorption seront modélisés par des modèles macroscopiques appropriés. Les relations entre les conditions de calcination et les propriétés d'adsorption seront alors établies.

Contact : Mme Elsa Jolimaitre [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Sciences chimiques Sujet de thèse : Nouveaux complexes métallacycliques au fer pour l'oligomérisation sélective de l'éthylène.

Résumé IFP Energies nouvelles (IFPEN) propose un financement de 3 ans pour une thèse portant sur l'oligomérisation catalytique sélective des oléfines. Ce projet réalisé à IFPEN (Lyon) s’effectuera en collaboration avec l'Université de Strasbourg. Cette réaction était encore récemment le propre de catalyseurs à base de complexes du Cr ou du Ti et plusieurs procédés ont été industrialisés permettant la production d'oléfines alpha linéaires (1-butène, 1-hexène ou 1-octène, plusieurs Mt/an) utilisées entre autre comme co-monomères dans la production de polyéthylène. La mise au point de nouveaux systèmes catalytiques toujours plus sélectifs et davantage compatibles avec l'environnement constitue un défi majeur pour la recherche académique et l'industrie pétrochimique. Vers la fin des années 90, des systèmes à base de Fe associés à des ligands azotés ont été décrits comme précurseurs de catalyseurs pour la polymérisation et / ou l'oligomérisation des oléfines. Compte-tenu du grand potentiel offert par les complexes du fer en oligomérisation des oléfines, de leur faible coût et de leur compatibilité avec les critères de la chimie verte, il est important d'élargir leur étude à divers ligands et degrés d’oxydation et coordinance du métal. Une meilleure compréhension du mécanisme de réaction devrait permettre d’orienter la réaction d’oligomérisation vers les sélectivités désirées. Ce projet de recherche porte donc sur la synthèse et la caractérisation de complexes de fer à bas degré d'oxydation. L'évaluation des performances catalytiques de ces complexes en oligomérisation de l'éthylène sera étudiée sur des unités mono- et multi-réacteurs. L'étude cinétique et la caractérisation in situ des ces systèmes catalytiques devrait permettre une meilleure compréhension du mécanisme de réaction et potentiellement d’orienter la sélectivité de la catalyse vers les oléfines ciblées. Le sujet de cette thèse est ambitieux et contribuera au développement de la chimie en général et de la catalyse homogène en particulier. Profil du candidat requis :

- Profil d'excellence : Ingénieur diplômé d'une grande école de chimie et / ou Master 2 recherche en chimie moléculaire, organique ou inorganique.

- Expérience en synthèse et chimie organométallique et / ou en catalyse homogène. - Très motivé par la recherche fondamentale et appliquée, indépendant et dynamique

Capable de travailler en équipe dans un environnement multidisciplinaire.

Contact : M. Pierre-Alain Breuil [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Génie des matériaux Sujet de thèse : Nouveau procédé de précipitation pour la synthèse d'alumine

Résumé

Les catalyseurs hétérogènes supportés sont très largement utilisés dans le raffinage et l'industrie pétrochimique. Un des leviers pour avoir des catalyseurs plus performants est l'amélioration des propriétés du support (propriétés poreuses, propriétés chimiques, propriétés mécaniques, ...). Les propriétés d'un support à base d'alumine (cas le plus courant) sont dans une large mesure conditionnées par les propriétés du précurseur solide initial, en général obtenu par précipitation en solution aqueuse. Une voie d'amélioration des supports consiste donc à se tourner vers des technologies de précipitation innovantes en comparaison du réacteur agité conventionnel. Ces technologies peuvent permettre à la fois d'obtenir des propriétés en rupture (fort volume poreux, forte surface spécifique, ...) et de diminuer les coûts de production. L'objectif de la thèse est d'étudier un nouveau procédé de précipitation et de l'évaluer pour différentes méthodes de synthèse de matériaux. La première étape consistera à développer l'outil de précipitation. Ensuite, il faudra caractériser l'hydrodynamique du réacteur et la modéliser avec l'objectif de faire un lien avec les propriétés des matériaux obtenus. L'étape suivante sera la synthèse de matériaux proprement dite : l'impact des différentes méthodes de synthèse et des conditions opératoires associées sur les propriétés du produit sera étudié. En termes de caractérisation, un effort particulier sera apporté pour caractériser la matériau en utilisant si possible des techniques in situ. Enfin, à partir des matériaux les plus prometteurs, la préparation globale des supports de catalyseurs sera conduite afin de les comparer avec des supports conventionnels. Contact : M. Mathieu Digne [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon





Sujet de thèse : New catalysts for catalytic biomass transformation through the development of acid-base model solids

Résumé

The energy and environmental challenges of the XXI century require finding solutions to limit the use of fossil hydrocarbons. One of them consists in using oxygenated products from biomass as key or innovative intermediate products for applications in the petrochemical industry. In order to do that, the development of catalysts with specific acid-base properties and hydrothermal stability is required. The aim of the thesis is then to synthesise several mixed oxides families containing silica using the specific synthetic method named "non hydrolytic sol-gel chemistry". This technique consists in working in inert atmosphere with organic solvents as synthesis media. As a consequence, new hydrolysis/condensation kinetics regimes of the inorganic precursors can be explored far from classical ranges in the classical hydrolytic route. This better control of the nucleation- growth rates is a key point to obtain new families of mixed oxides. Moreover, these solids are usually more mechanically and chemically resistant than their counterparts classically obtained and they can develop new textural and likely new acid-base properties. After the synthesis and the fine characterisation of these solids (especially acid-base properties evaluation), they will be evaluated in terms of hydrothermal stability and efficiency in model catalytic reactions. This thesis is a good opportunity for the students to follow the complete development of a catalyst, from its synthesis to its catalytic evaluation and to explore a high potential scientific domain as well.

Contact : Mme Alexandra Chaumonnot [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon - IMCN Louvain La Neuve, Belgique





Sujet de thèse : Solides acido basiques pour la conversion d'alcools bio-sourcés : étude des relations structure / propriétés catalytiques

Résumé

The increasing demand for energy and for chemical intermediates, as well as a growing concern about human carbon footprint are strong motivations to study the transformation of biomass oxygenates into molecules obtained so far from fossil sources. The phenomena/mechanisms occurring during reactions involving oxygenates are very different from the ones commonly observed in refining processes. Namely, the amount of water generated or present initially in the reactants can give rise to modifications of the active sites during the reaction, have an action on deactivation of the catalyst or lead to hydrothermal degradations of the solid (the mechanical resistance would then be impacted). Acid-catalyzed reaction are of great interest namely for the production of olefins from alcohols. The behaviour of Lewis acid sites in the presence of water is still unclear as well as their activity and selectivity compared to Brønsted acid sites. Some promising solids have been identified in the literature and consist of oxides (zirconia, titania, silica) on which metallic centres (W for example) have been incorporated at different densities. Questions still remain on the nature of the sites in reaction conditions and on the impact of that nature to the activities and selectivities observed. Some of these solids have also been prepared at IFPEN for different applications but a deep comprehension work needs to be done in order to optimize the performances of such catalysts. To do that, it seems necessary to synthesize model catalysts containing different metals (W, Sn, Nb, Mo...) on different supports, by controlled synthesis modes in order to privilege the formation of Lewis or Brønsted acid sites and study their activity, selectivity and evolution in the transformation of oxygenates and most of all water-containing media. Adapted physico-chemical characterizations (acidity density, strength, type, metallic centre coordination...) should enable to correlate the catalytic performances to the acido-basic properties and to orientate the preparation mode to obtain the required catalyst properties. Contact : Mme Sylvie Maury [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon – IRCELYON Lyon





Sujet de thèse : Facteurs régissant la résistance hydrothermale des catalyseurs hétérogènes

Résumé

L'amélioration de la résistance hydrothermale des supports de catalyseurs hétérogènes utilisés en synthèse Fischer-Tropsch ou dans la conversion catalytique de la biomasse est une étape clé dans le développement de meilleurs catalyseurs notamment plus résistants.

L'objectif de cette étude est d'identifier le mécanisme principal de cette attrition chimique au niveau moléculaire à l'aide dans un premier temps de différents supports modèles et commerciaux à base d'alumine puis dans un second temps avec des catalyseurs réels et enfin en ajoutant des conditions chimiques représentatives du milieu réactionnel (molécules organiques).

Un test de vieillissement hydrothermal représentatif (autoclave agité sous pression) sera développé et devrait permettre d'identifier les sites sensibles de la surface. Grâce à de nombreuses techniques de caractérisation telles que la microscopie électronique à transmission et à balayage et les techniques RMN/IR notamment, il devrait être possible de localiser les sites spécifiques impliqués dans la transformation hydrothermale du support.

Ce travail sera complété par une approche de modélisation moléculaire basée sur les modèles alumine et silice-alumine développés par le groupe de modélisation moléculaire d'IFPEN (R06).

Idéalement le(la) candidat(e) sera titulaire d’un diplôme d’ingénieur chimiste et d’un mastère de recherche dans le domaine de la catalyse et/ou des matériaux et/ou science des interfaces et/ou chimie inorganique.

Contact : M. Fabrice Diehl [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : LRS Université Paris - IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Génie chimique

Sujet de thèse : Approche multitechnique des phénomènes de diffusion en Hydrotraitement de Distillats

Résumé

Dans un contexte mondial de demande croissante de possibilité transport, la production de carburants par conversion et purification de coupes plus lourdes est un enjeu important. Un des moyens clefs pour upgrader ces coupes trop lourdes est l'hydrotraitement (HDT) des Distillats Sous Vide (DSV), procédés catalytiques dans lesquels de l'hydrogène est mis en contact avec l'hydrocarbure, dans des conditions sévères de température et de pression.

Les catalyseurs d'HDT de DSV utilisent généralement des alumines mésoporeuses comme support de phase active, dont les diamètres de pores sont généralement de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Les molécules de DSV étant relativement grosses, la diffusion des réactifs est lente, et le transfert de matière peut devenir l'étape limitante de la réaction catalytique. Malheureusement, les phénomènes de diffusion de milieu complexes comme les coupes pétrolières dans ce type de porosité se sont pas très bien connus, et par conséquent assez difficiles à prédire et modéliser. De surcroit, les conditions expérimentales (solides non parfaits, températures et pressions élevées) rendent l'acquisitions de données difficile. Le but du sujet de thèse proposé est donc d'apporter de nouvelles avancées dans la compréhension des phénomènes de transfert de matière, dans les réactions de "grosses molécules" dans des milieu mésoporeux, en particulier en HDT de DSV. L'étudient devra réaliser des tests sur unité pilote de réactivité catalytique, ainsi que des mesures de diffusion, avec différent objet mésoporeux. En utilisant les outils de modélisation appropriés, les paramètres de cinétique chimique et de diffusion seront estimés, ainsi que leurs variations avec la température et des propriétés texturales.

Les connaissances acquises pourront permettre d'aider au design de nouveaux catalyseurs d'HDT, mais permettront également d'apporter des informations importantes pour les développement de procédés de nouvelle génération de conversion catalytique de "grosses" molécules issues de la biomasse

Contact : M. Antoine Hugon [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon





Sujet de thèse : Effet coopératif en catalyse d'hydrotraitement : rôle de l'acidité

Résumé

La phase active d'un catalyseur d'hydrotraitement est un sulfure de Mo et/ou W, contenant des promoteurs (Ni et/ou Co). La phase active est le plus souvent dispersée sur un support γ-Al2O3, ayant peu ou pas d'acidité. Or, il s'avère que l'utilisation d'un support acide (une silice-alumine, par exemple) a souvent des effets bénéfiques. Dans l'hydrodésulfuration (HDS) du gazole, le rôle de l'acidité est maintenant bien compris. Les sites acides isomérisent les substituants alkyles sur les molécules aromatiques polycycliques et transforment ainsi des isomères non réactifs (en raison de l'encombrement stérique des groupes méthyle) dans d'autres isomères plus réactifs. Dans les réactions d'hydrodéazotation (HDN) et d'hydrodearomatisation (HDA) des fractions pétrolières lourdes, notamment du distillat sous vide (DSV), les mécanismes réactionnels deviennent plus complexes et le rôle des sites acides dans ces réactions est moins claire.

Afin de parvenir à une conception rationnelle des catalyseurs d'hydrotraitement pour la conversion de ces fractions lourdes du pétrole, une meilleure compréhension des mécanismes de réaction de HDN et HDA et de l'implication des sites acides dans ces mécanismes est nécessaire. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est d'analyser les voies réactionnelles des molécules polyaromatiques représentatives de la coupe DSV sur des catalyseurs d'hydrotraitement avec différents niveaux d'acidité. Les connaissances fondamentales acquises dans ces systèmes modèles seront ensuite transposées pour expliquer le schéma de réactivité d'une charge réelle DSV.

Contact : M. Gerhard Pirngruber [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon – IRCELYON Lyon





Sujet de thèse : Modélisation ab initio de la sélectivité de nanoagrégats bimétalliques supportés sur Al2O3

Résumé

Dans le domaine de catalyse hétérogène par les métaux, l'un des défis scientifiques tant sur le plan méthodologique qu'applicatif réside dans la rationalisation du comportement catalytique de nano-agrégats bimétalliques supportés sur un oxyde, tel que l'alumine-gamma. Des nano-agrégats, de taille proche de 1 nanomètre, sont largement utilisés dans de nombreuses applications tels que la conversion de la biomasse, la déshydrogénation oxydante des alcanes ou le reformage des essences. Le platine est souvent utilisé sous une forme hautement dispersée comme élément métallique principal combiné à un second élément (tel l'étain) au sein d'un nano-alliage. Ce sujet propose d'étudier la réactivité et la sélectivité de modèles de tels nano-agrégats ou "clusters" constitués d'une phase monométallique (Pt) et d'une phase bimétallique (PtSn) supportée. Pour cela, des simulations quantiques seront mises en œuvre via la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et via des approches QM-MM, en utilisant des architectures hybrides du type Graphical Processor Unit (GPU) accessibles à IFPEN. La question clef est une meilleure compréhension de l'impact du second élément métallique sur les mécanismes d'hydrogénolyse et de déshydrogénation des alcanes qui gouvernent la sélectivité finale observée expérimentalement. Dans un premier temps, la stabilité thermodynamique des intermédiaires hydrocarbonés -CnHy sur les modèles de Pt13-aSna supportés sur alumine sera étudiée en fonction de la pression d'hydrogène imposée par le milieu réactionnel. Dans un second temps, les mécanismes d'hydrogénolyse et de déshydrogénation seront étudiés par le biais de calculs systématiques d'états de transition. Cette analyse devrait permettre d'identifier des descripteurs pertinents décrivant l'impact de la composition chimique du nanoagrégat sur la sélectivité et l'activité. Selon l'avancée de la thèse, il est envisagé d'étudier l'effet de dopants (chlore) sur le support sur le comportement catalytique du nanoagrégat.

Contact : M. Pascal Raybaud [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Catalyse et Séparation Lieu de travail : IFPEN Lyon - ENS Lyon





Sujet de thèse : Etude des mélanges gaz-polymère par simulation moléculaire

Résumé

Les matériaux polymères sont utilisés pour leurs propriétés barrière dans de nombreux domaines industriels comme la production pétrolière, l’emballage alimentaire ou l’automobile. Dans le domaine pétrolier, la principale fonction de ces matériaux est d’assurer l’étanchéité des installations servant au transport ou au stockage des fluides pétroliers. La grandeur associée à ce processus est la perméabilité, propriété qui résulte de la solubilisation des fluides dans le polymère puis de leur diffusion à travers la matière. Dans le travail envisagé, ces propriétés de solubilisation et de diffusion seront étudiées à l’aide des techniques de simulation moléculaire. La solubilité, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à pouvoir s’absorber dans le polymère, est une propriété d’équilibre, qui peut être étudiée par les techniques de Monte Carlo ou de Monte Carlo hybride. La diffusion, qui caractérise l’aptitude d’un gaz à se mouvoir plus ou moins rapidement dans le réseau polymère, peut quant à elle, être étudiée par dynamique moléculaire.

Dans le cadre de cette thèse, deux axes de travail sont proposés :

- la mise en place d'outils de caractérisation à l'échelle moléculaire des propriétés des matériaux en présence de gaz solubilisés (propriétés thermodynamiques, structurales, dynamiques...). Dans le cas des polymères semi-cristallins, deux approches seront regardées pour modéliser ces matériaux hétérogènes : une prise en compte implicite des régions cristallines et une prise en compte explicite de ces régions ;

- l'application à l'étude de la perméation de gaz ou de mélanges de gaz dans quelques matériaux polymères utilisés industriellement, tels le polyfluorure de vinylidène, le polypropylène, le polyisobutylène ou le polyamide.

Contact : Mme Véronique Lachet [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Chimie et Physico-chimie appliquées Lieu de travail : Université Paris XI Orsay - IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Biotechnologie Industrielle, Sciences Biologiques

Sujet de thèse : Approches génomiques globales pour déchiffrer le métabolisme de Trichoderma reesei

Résumé

Trichoderma reesei est un champignon filamenteux utilisé mondialement à l'échelle industrielle pour la production d'enzymes cellulases. Ces enzymes sont utilisées pour hydrolyser la biomasse lignocellulosique et sont d'une importance cruciale pour les procédés industriels qui visent à convertir cette biomasse en carburants ou produits chimiques par voie microbienne. Aujourd'hui, malgré de nombreux progrès dans les performances des souches fongiques et des cocktails enzymatiques, le coût des procédés demeure trop élevé, et de nouvelles voies pour une amélioration ciblée des souches de T. reesei doivent être trouvées. Le séquençage du génome de T. reesei en 2008 a permis la mise en place d'approches de biologie systémiques appliquées à ce champignon. Notamment, la comparaison des génomes de souches et l'étude de l'expression de l'ensemble des gènes au cours de la production d'enzymes donne à la communauté scientifique une vision de plus en plus globale des mécanismes permettant à ce champignon de produire une si grande quantité de cellulases. Plusieurs gènes qui pourraient permettre une production de cellulases améliorée ont déjà été identifiés. Ce sujet de thèse a pour objet l'étude de la production de cellulases de T. reesei via l'étude globale de ses métabolites (métabolome). Nous souhaitons identifier les voies de synthèse qui pourraient limiter la production de cellulases, ainsi que les molécules responsables de l'induction de cette production. Des technologies de chromatographie à très haute résolution couplées à de la spectrométrie de masse permettront d'acquérir ces données à partir de cultures de T. reesei. Ces dernières seront mises en relation avec les données d'expression génétique et contribueront à renforcer la compréhension globale du fonctionnement de cet ascomycète industriel. Profil recherché : M2 ou diplome d'ingénieur en génétique/microbiologie. Expérience en génomique appréciée. Bon niveau d'anglais nécessaire (collaboration avec partenaires Européen et séjour prolongé dans laboratoire partenaire. Contact : M. Antoine Margeot [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Chimie et Physico-chimie appliquées Lieu de travail : à définir





Sujet de thèse : Développement d'une approche QSPR inverse avec une application à l'EOR

Résumé

Une faible part de la production mondiale de pétrole est aujourd’hui réalisée avec des technologies EOR (pour «Enhanced Oil Recovery»). Le potentiel de croissance de l'utilisation de ces technologies est significatif, notamment si on considère que 40 à 70% des champs pétroliers sont des clients potentiels. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans un projet visant à développer des approches couplant des moyens expérimentaux et de simulations numériques en rupture avec l'existant pour l'identification, la sélection et l'optimisation de produits et formulations pour des applications EOR.

Nos travaux récents ont montré que les modèles de type QSPR (Quantitative Structure-Property Relationship) sont des outils intéressants pour estimer rapidement les diverses propriétés des tensioactifs. Une utilisation alternative, offrant sans doute davantage d'usage à ces modèles QSPR, peut être l'intégration dans un outil visant à inverser le processus, i.e. on spécifie les valeurs de propriétés et l'outil génère des structures répondant aux critères imposés : le QSPR inverse. L'objectif de ce sujet de thèse est de développer une telle approche qui, pour les acteurs de ce projet, constituerait une méthodologie in silico en rupture avec l'existant pour l'identification, la sélection et l'optimisation de produits/formulations. De plus, une telle approche pourrait trouver des applications dans de nombreux problèmes de formulations.

Profil et compétences souhaités : Master ou élève ingénieur d'une grande école, avec des connaissances en informatique, chimie, programmation.

Contact : M. Benoît Creton [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Chimie et Physico-chimie appliquées Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison





Sujet de thèse : Relations structure-propriétés des supports de catalyseur : approche physico-chimique des suspensions de boehmite

Résumé Les catalyseurs constitués d'une phase active métallique dispersée dans la porosité d'un support en alumine sont largement utilisés dans l'industrie conventionnelle du raffinage et commencent à être mis en œuvre pour les nouvelles applications liées à l'essor des biocarburants. Les nouveaux supports d'alumine, avec notamment une porosité et une résistance mécanique élevées, sont activement recherchés pour les applications sensibles aux limitations diffusionnelles. Les propriétés texturales et mécaniques des supports sont notamment contrôlées par l'organisation des cristallites du précurseur d'alumine (boehmite) durant les étapes de préparation (synthèse, lavage, mise en forme, séchage et calcination). L'objectif de la thèse est d'étudier à la fois le comportement physico-chimique (interactions colloïdales, organisations microstructurales, propriétés rhéologiques) de suspensions de particules de boehmite, et le séchage de ces suspensions colloïdales. Profil du candidat : École d'ingénieur ou formation universitaire équivalente (Master) en physico-chimie des fluides complexes et/ou sciences des matériaux . Contact : M. Eric Lécolier [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Chimie et Physico-chimie appliquées Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison et Lyon




Domaine Scientifique :

Sujet de thèse : Compréhension et modélisation de l'emballement thermique de batteries Li-ion neuves et vieillies

Résumé

Les batteries rechargeables Li-ion deviennent un standard pour le stockage d'énergie équipant les véhicules électriques et hybrides. Cependant, étant donné les limitations dues à leur durée de vie, leur coût et leur sécurité, elles représentent un verrou important pour le développement de ces nouveaux véhicules.

L'emballement thermique est l'un des risques principaux des batteries Li-ion. il a des implications à plusieurs échelles de la décomposition de la couche de passivation conduisant à la décomposition des électrodes produisant une grande quantité de chaleur. Cette soudaine exothermicité peut alors se propager aux cellules adjacentes qui vont alors déclencher un emballement. L'influence du vieillissement sur l'emballement thermique n'est pas connu, en particulier pour des cellules LFP/C réputées comme sûres.

L'objectif de cette thèse est de développer et de valider des modèles physiques et précis du comportement électrothermique de batteries LFP/C, en conditions nominales et abusives, appliqués ensuite au dimensionnement et management du pack. En effet, il faut prendre en compte à la fois la sécurité et les performances du véhicule tout au long de sa vie tout en minimisant la taille et donc le coût. Pour cela, la collaboration avec l'INERIS permettra d'acquérir des données expérimentales du comportement des cellules LFP/C en utilisation abusive. Ces données serviront alors à la calibration d'un modèle électrothermique en 3D des cellules basé sur des travaux sur le vieillissement des batteries réalisés à IFPEN en collaboration avec le LISE. Ce modèle permettra de comprendre l'influence du vieillissement, de la géométrie et de la chimie sur l'emballement thermique. Le modèle multiphysique 3D sera par la suite étendu au niveau du module / pack, validé par les données expérimentales obtenues à IFPEN et à l'INERIS et appliqué à la simulation dans des conditions nominales et abusives. Enfin ce modèle sera utile pour proposer des design de pack et des stratégie de refroidissement adaptés permettant de prévenir l'emballement thermique des batteries des véhicules électriques et hybrides tout au long de leur vie.

Contact : M. Martin Petit [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Chimie et Physico-chimie appliquées Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Génie Chimique

Sujet de thèse : Étude de la stabilité à l'oxydation des carburants en phase liquide

Résumé

La stabilité des carburants alternatifs automobiles et aéronautiques est diminuée par les procédés de raffinage associés. Cette moindre stabilité conduit à la formation de dépôts et de vernis dans le circuit carburant avec pour conséquence la défaillance du système moteur. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre compréhension des processus d'oxydation du carburant en phase liquide afin de proposer des formulations plus stables et moins aggressives vis-à-vis du circuit carburant. L'étude consistera à développer, valider et exploiter des modèles d'oxydation de mélanges hydrocarbonés en phase liquide. Ce travail s'appuiera sur une campagne d'essais basés sur les dispositifs PetroOxy test, Rancimat et JFTOT.

Contact : Mme Laurie Starck [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Techniques d'applications énergétiques Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison





Sujet de thèse : Modélisation système de la combustion dans les moteurs à allumage commandé à injection directe

Résumé

Actuellement, une partie importante du développement des moteurs à allumage commandé (AC) s'appuie sur le concept de downsizing. Technologies telles que les systèmes de distribution variable et l'injection directe (IDE) aident à mieux maîtriser les phénomènes de combustion anormale (cliquetis et pré-allumage) et contrôler les quantités de carburant injectées cylindre à cylindre et cycle à cycle. Parallèlement, les normes sur les émissions de CO2 et de polluants évoluent, notamment via la réglementation de nouveaux polluants et l'introduction de nouveaux cycles d'homologation. Les nouvelles contraintes concernant la spéciation des NOx et des HC, la granulométrie des suies et la phase de démarrage à froid du cycle, où sont principalement formés les polluants, représentent les défis les plus importants. Pour répondre à ces nouveaux enjeux, il est de plus en plus fait appel à la simulation, depuis les phases de conception jusqu'au développement des stratégies de contrôle et la calibration. IFPEN développe et commercialise dans la libraire IFP-Engine d'AMESim des modèles de combustion détaillés, notamment pour les moteurs à AC (CFM). Aujourd'hui, le modèle CFM décrit très bien le dégagement de chaleur et il donne une prédiction correcte des polluants réglementés ainsi que des phénomènes de cliquetis. Néanmoins ce modèle, dédié à la combustion homogène, décrit seulement de manière très simplifiée les hétérogénéités du mélange, ce qui constitue une limite à son domaine d'application, en particulier pour les nouvelles applications IDE où ces hétérogénéités ont un impact de premier ordre sur les polluants et l'auto-inflammation. L'objectif de cette thèse est d'étendre le modèle CFM afin de prendre en compte les effets de stratification en température et richesse, notamment induit par l'IDE, qui ont un effet sur les phénomènes de combustion anormale et la production de CO, de HC, de NOx et de particules. Les validations seront menées dans un premier temps sur des cas de moteur chaud, et seront étendues par la suite à des cas de moteur à refroidissement forcé pour simuler le démarrage à froid

Contact : M. Alessio Dulbecco [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Techniques d'applications énergétiques Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de l'ingénieur et technologiques Sujet de thèse : Développement de modèles réduits pour l'analyse thermique des machines de traction pour

véhicules hybrides et électriques Résumé

L'électrification des véhicules automobiles nécessite d'optimiser la chaîne de traction complète. De fait, les différents composants doivent être modélisés en utilisant des modèles offrant une bonne précision intrinsèque, mais garantissant aussi un temps de calcul raisonnable permettant le couplage avec d'autres modèles et l'intégration dans différents outils.

L'adaptation d'une machine électrique sur un véhicule hybride conduit à dimensionner des machines de forte puissance spécifique, donc fortement sollicitées d'un point de vue magnétique et thermique. La prise en compte de la saturation magnétique a déjà été intégrée dans les modèles développés. La prochaine étape est la prise en compte des effets thermiques au sein de la machine tant au niveau de la simulation système (couplage avec le modèle thermique du véhicule) qu'au niveau du dimensionnement de la machine.

La modélisation de la thermique au sein d'une machine électrique est un problème complexe tant par la diversité des sources de chaleur présentes (pertes Joule dans les bobines, pertes fer dans les tôles et les aimants, pertes mécaniques dans les roulements, pertes aérauliques dans l'entrefer...), que par la présence des différentes formes de transfert de chaleur : conduction dans les métaux, convection et rayonnement dans l'entrefer ou vers l'extérieur. Enfin, la présence d'interfaces de contact (bobinage-tôles, culasse-carter...) dont le comportement thermique est difficile prévoir avec précision rend nécessaire une étape de validation par essais.

L'objectif de la thèse proposée est de développer une méthodologie globale pour analyser le comportement thermique d'une machine synchrone à aimants permanents internes. Le travail de recherche se focalisera particulièrement sur la modélisation des échanges convectifs au sein de la machine électrique étudiée, ainsi que sur le développement de modèles adaptés à la simulation système par réduction des modèles issus d'une approche 3D. Par la suite, la méthodologie développée sera validée par des essais expérimentaux. Enfin, les modèles réduits développés seront intégrés dans l'environnement AMEsim.

Contact : Abdenour Abdelli [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Techniques d'applications énergétiques Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison





Sujet de thèse : Simulation aux grandes échelles de la combustion Diesel

Résumé

Les variations cycle à cycle des émissions polluantes et les transitoires rapides sont deux difficultés majeures pour la modélisation de la combustion Diesel puisque ces phénomènes sont très dépendants dépendant de l'écoulement turbulent. En comparaison avec les approches moyennes (RANS), la simulation aux grandes échelles est nettement plus adaptée pour les représenter puisqu'elle est capable de résoudre une partie importante de l'écoulement turbulent. L'objectif de ce travail est donc d'appliquer la simulation aux grandes échelles au calcul Diesel. Dans ce but, un modèle de combustion turbulente développé à IFPEN dans de précédentes études va être étendu pour pouvoir représenter l'évolution de la composition chimique au cours de la phase de détente et couplé à des modèles spécifiques pour représenter l'évolutions de oxydes d'azote et des suies. Ensuite, en utilisant le code LES compressible AVBP co-développé par IFPEN et le CERFACS, des simulations de spray Diesel auto-inflammant dans une bombe seront faites avec comparaisons aux mesures de délais d'auto-inflammation, longueur de lift-off, concentration de suies... Enfin, plusieurs points moteurs seront simulés avec des comparaisons aux mesures disponibles (pression, dégagement de chaleur, émissions à l'échappement, ...).

Contact : Jean-Baptiste Michel [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Techniques d'applications énergétiques Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Mathématiques appliquées

Sujet de thèse : Contrôle-commande des éoliennes flottantes

Résumé

La demande mondiale pour l'énergie éolienne offshore est en forte augmentation. Elle permet une production d'électricité importante et stable à large échelle. Au cours des dernières années, plusieurs concepts d'éoliennes flottantes sont apparus. Cependant, concevoir une solution rentable reste un défi. Le système de contrôle-commande peut contribuer amplement à la réduction des coûts de l'offre industrielle globale. Premièrement il permet d'utiliser les capteurs et actionneurs actuels pour limiter significativement la fatigue mécanique du système et, ainsi, d'alléger la conception. Deuxièmement, il peut contribuer à produire de l'électricité dans conditions de vent et de houle plus extrêmes et, ainsi, augmenter le taux de production annuel. Troisièmement, de nouveaux capteurs et actionneurs - tels que des capteurs de vent rapides ou des stabilisateurs - peuvent permettre de réduire d'avantage la fatigue mécanique mais nécessitent des algorithmes de contrôle-commande plus complexes. Quatrièmement, le diagnostic de l'état de santé et les stratégies de contrôle-commande en mode dysfonctionnel - à l'échelle de l'éolienne et de la ferme également - aideront à réduire les coûts de maintenance et seront un facteur important de la rentabilité à long terme de la solution. Les solutions classiques de contrôle-commande sont peu efficaces pour traiter ces problèmes. L'objectif de la thèse est de concevoir des algorithmes de contrôle-commande, d'estimation, et de diagnostic adaptés. Cela nécessitera des techniques avancées : contrôle non linéaire, contrôle multi-variables, estimation de perturbations stochastiques, assimilation de données, détection et correction de pannes, télé-diagnostic.

Profile recherché : BAC+5 en mécanique, automatique, mathématiques appliquées, ou disciplines connexes

Contact : Olivier Lepreux [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Technologie, informatique et mathématiques appliquées Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Sciences de l'information

Sujet de thèse : Méthodes d'identification en ligne de l'état de santé des batteries Li-ion et de minimisation de leur vieillissement

Résumé

Les thématiques de R&D sur la gestion des batteries Lithium-ion, utilisées comme réservoirs d'énergie électrique pour différentes applications parmi lesquelles les véhicules électrifiés, ont connu, ces dernières années, une forte impulsion liée à la volonté de développer et favoriser la pénétration des véhicules non conventionnels sur le marché. Dans les applications automobiles la batterie est sujette à des forts stress dynamiques et donc son état doit être suivi en permanence. D'autre part, la gestion de l'ensemble du groupe motopropulseur des véhicules électrifiés requiert la connaissance fiable de l'énergie et de la puissance électrique disponible. N'étant pas mesurable, l'état interne des batteries doit être estimé à partir des masures disponibles sur la base de la connaissance des processus physiques et chimiques qui interviennent au niveau microscopique. De nombreuses méthodes ont été proposées pour l'évaluation en ligne de ces quantités dans des conditions nominales. Mais le transfert dans le domaine industriel est loin d'être abouti à cause de la dégradation des performances en énergie et puissance des batteries au cours de leur vie, qui reste un verrou scientifique et technique. Cette thèse a comme objectifs la conception et la validation d'un algorithme fiable de gestion du pack batteries, capable de s'adapter aux dégradations du système et, dans la mesure du possible, de les prévenir et de prolonger la durée de vie du pack de batteries. Pour attendre ce résultat, l'état de santé de la batterie (SOH) doit être précisément estimé et maitrisé. Cette tâche est particulièrement difficile en raison de la variabilité des mécanismes de vieillissement des batteries, des causes physiques et des conditions qui les provoquent et des effets superposés difficilement distinguables les uns des autres. La compréhension approfondie des mécanismes électrochimiques qui gouvernent le vieillissement de la cellule sera à la base de la conception de techniques d'identification paramétrique et d'estimation d'état qui visent à déterminer les causes principales du vieillissement et permettre de suivre l'évolution de la capacité de stockage et de l'impédance. Cela permettra une gestion intelligente du pack et, par extension, du véhicule, capable de s'adapter à l'état du pack et contribuer à éviter, autant que possible, les conditions d'usage qui en dégradent l'état de santé. Contact : Domenico Di Domenico [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Technologie, informatique et mathématiques appliquées Lieu de travail : IFPEN Lyon




Domaine Scientifique : Mathématiques appliquées

Sujet de thèse : Bases mixtes ondelettes-gaussiennes pour le calcul de structures électroniques

Résumé

BigDFT est un code de simulation moléculaire basé sur la théorie de la fonctionnelle de densité, développé par le CEA Grenoble et l'Université de Bâle. Son originalité réside dans l'utilisation d'une base d'ondelettes de Daubechies pour les équations de Kohn-Sham, ce qui permet une plus large gamme d'applications. Par ailleurs, il est bien adapté au parallélisme massif et exhibe de bonnes performances GPU. Afin de préserver ces performances pour les grands systèmes, seuls deux niveaux d'ondelettes sont mises en œuvre dans BigDFT. Bien que cela soit suffisant pour la plupart des simulations, il est légitime de rechercher une plus grande précision pour les calculs impliquant des électrons de cœur. Il est bien établi que, dans de tels cas, les orbitales présentent une singularité de type Slater au voisinage d'un noyau. Pour rendre compte de ce comportement, il faut soit raffiner le maillage soit incorporer un contenu haute fréquence localisé en espace. Nous proposons d'accroître la précision des calculs tous-électrons en ajoutant quelques gaussiennes. Les gaussiennes se sont traditionnellement utilisées comme fonctions de base de DFT, grâce à leur propriété de localisation spatiale. Cependant, la combinaison de gaussiennes et d'ondelettes n'a jamais été envisagée. Notre approche vise un moindre coût. La difficulté est de trouver les longueurs optimales des gaussiennes afin d'assurer une amélioration uniforme vis-à-vis de toutes les singularités possibles. Dans ce sujet, nous étudions mathématiquement et numériquement ce problème. L'un des objectifs est de concevoir un critère pour sélectionner les gaussiennes. Un autre est d'étudier la possibilité de contracter ces gaussiennes, i.e., de les remplacer par une combinaison linéaire judicieuse afin de réduire davantage les coûts. Contact : Quang Huy Tran [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Technologie, Informatique et Mathématiques appliquées Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Mathématiques appliquées / Sciences de l'information

Sujet de thèse : Analyse de réseaux biologiques (transcriptomiques) par graphes structurés et contraintes variationnelles de parcimonie

Résumé

Ce sujet, proche de la bioinformatique, porte sur l'analyse d'organismes biologiques dont on cherche à optimiser le fonctionnement, notamment pour la production d'énergie à partir de biomasse. Il s'intéresse en particulier à la compréhension des mécanismes de production d'enzymes, c'est-à-dire à mieux comprendre l'interaction de gènes au sein de réseaux de transcription. Ces réseaux peuvent être représentés par des graphes, formés de noeuds (plusieurs milliers de gènes) reliés par des corrélations ou des régulations (arêtes). Ces graphes sont de représentation complexe, présentent des incertitudes liées à l'expérimentation et au traitement des données, mais possèdent également des informations complémentaires issues de la connaissance d'organismes similaires.

Ce sujet vise à obtenir des représentations simplifiées de ces graphes, biologiquement parlantes, cherchant à identifier des groupes de gènes très interconnectés, et la nature des régulations induites, grâce à des réalisations de ces graphes obtenues dans différentes conditions expérimentales. Nous proposons de faire appel à des techniques récentes d'optimisation sur des graphes, portant à la fois sur les données (et leur variabilité) portées sur les arêtes et les noeuds, et sur des hypothèses de parcimonie, c'est-à-dire de simplicité apparente de certains mécanismes biologiques élémentaires, ces mécanismes pouvant différer entre les différentes conditions expérimentales. Le travail consistera notamment à proposer des représentations efficaces des données d'expression génomique, à trouver des modélisations des interactions entre gènes, et à proposer des algorithmes d'optimisation de métriques de parcimonie permettant de transformer des graphes complexes en représentations plus facilement interprétables de mécanismes biologiques, en s'inspirant de travaux récents d'optimisation en traitement d'images et vision par ordinateur, où les pixels et leur connectivité forment les élements de graphes, permettant une interprétation d'images à un niveau supérieur.

Contact : Laurent Duval [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Technologie, Informatique et Mathématiques appliquées Lieu de travail : à déterminer





Sujet de thèse : Étude mécanistique de l’hydroconversion catalytique de bio-huile de pyrolyse

Résumé

La pyrolyse rapide est un des procédés de conversion thermochimique permettant de transformer directement la biomasse solide en liquide. Due à une forte proportion de composés oxygénés, les bio-huiles obtenues sont instables thermiquement, possèdent un pouvoir calorifique beaucoup plus faible que les carburants pétroliers et sont totalement immiscibles avec les hydrocarbures.

Leur transformation pour la production de biocarburants ou de molécules de spécialités pour la chimie requière ainsi un pré-raffinage spécifique permettant d'éliminer une importante partie de l'oxygène et de les stabiliser, avant tout post-raffinage plus conventionnel. Plusieurs études issues de la littérature montrent une importante compétition entre les réactions de polymérisation et de desoxygénation lors de la conversion de ces huiles par catalyse hétérogène, mais peu d'informations sont présentes quant aux mécanismes réactionnels et à la cinétique mis en jeu. Un procédé prometteur est l'hydrotraitement/hydroconversion de bio-huiles en présence d'hydrogène, alliant un catalyseur hétérogène spécifique, un solvant de recyclage,, permettant d'obtenir une huile stable et partiellement déoxygénée qui puisse être ensuite traitée dans une raffinerie de pétrole tout en minimisant la consommation en hydrogène.

L'objectif de la thèse est d'identifier et de comprendre les principaux phénomènes physico-chimiques mis en jeu dans l'hydroconversion catalytique des bio-huiles de pyrolyse. Notamment de comprendre la compétition entre les réactions de polymérisation, de désoxygénation et d'hydroconversion en présence d'un catalyseur et d'un solvant..

Dans un premier temps l'étude se fera sur une bio-huile synthétique, puis sur des fractions de bio-huiles pour enfin étudier la réactivité de la biohuile dans son ensemble. L'objectif final est d'avoir une bonne compréhension/connaissance de l'ensemble des réactions mis en jeu dans la réaction. La compréhension des mécanismes réactionnels aidera ainsi IFPEN à développer/optimiser le catalyseur et le procédé.

Contact : Céline Bertino-Ghera [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Conception Modélisation Procédés Lieu de travail : IFPEN Lyon





Sujet de thèse : Étude des écoulements diphasiques et du mouillage dans les garnissages structurés

Résumé

Les garnissages structurés sont largement utilisés dans les procédés de traitement des gaz et de captage du CO2 pour leurs performances très attractives. Ces procédés utilisent des absorbeurs remplis de garnissage, dans lesquels la charge à traiter est mise au contact d'un solvant liquide au sein duquel les espèces acides sont captées. Le design de ces réacteurs fait appel à des paramètres de transfert (ae, kL kG) et des paramètres hydrodynamiques (perte de pression, rétention liquide …) adaptés pour chaque type de garnissage. Ces modèles sont généralement issues d'essais de caractérisation sur des colonnes de laboratoire de petite taille avec des systèmes modèles (absorption réactive avec le couple CO2/soude ou CO2/carbonates, ...). Les effets des propriétés physiques des fluides réels sont ainsi mal connus. De plus, les informations obtenues sont globales et ne permettent pas d'accéder à la dynamique locale de l'écoulement et d'isoler les mécanismes pertinents permettant d'améliorer la compréhension et la modélisation des phénomènes. Les modèles actuels sont donc peu prédictifs, autrement dit applicables à un nombre limité de contacteurs pour des gammes opératoires fixées. Pour combler ce manque, le but de la thèse est de développer une méthodologie CFD predictive permettant d'améliorer la compréhension de l'hydrodynamique dans les garnissages et de développer des modèles prédictifs. Les travaux de thèse seront réalisés en deux étapes :

- Acquérir des données expérimentales (ae, rétention liquide, paramètre de transfert …) à l'échelle locale avec différents fluides et différentes géométries afin d’améliorer la compréhension et la modélisation des écoulements diphasiques et notamment du mouillage dans les garnissages structurés ;

- Utiliser les données expérimentales pour développer et valider des modèles d'interactions liquide/garnissage (angle de contact) et les implanter dans un code CFD. Une fois validée, l'approche CFD sera utilisée pour déterminer les performances des garnissages structurés (aire efficace, rétention liquide).

Contact : Haroun Yacine [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Conception Modélisation Procédés Lieu de travail : à déterminer





Sujet de thèse : Séparation réactive des acides carboxyliques d’un milieu fermentaire, application à l’acide succinique

Résumé

Malgré les bons rendements des fermentations acides par rapport aux fermentations alcooliques, l'utilisation d'acides carboxyliques issus de fermentation comme molécules plateformes pour la chimie biosourcée n'est à l'heure actuelle pas rentable du fait des coûts de séparation de l'acide du milieu fermentaire. Cette thèse vise à évaluer l'intérêt du couplage entre une opération de séparation et une opération d'estérification. En effet, le passage par la forme estérifiée de l'acide modifie ses caractéristiques physico-chimiques, permettant par exemple d'augmenter très sensiblement son affinité avec un solvant hydrophobe (pour l'extraction liquide/liquide), ou d'éviter la formation de mélanges azéotropiques (pour la distillation). L'estérification étant une réaction équilibrée et l'eau étant un produit de cette réaction, il est nécessaire de déplacer l'équilibre réactionnel si l'on veut convertir la totalité de l'acide en ester, afin de pouvoir le séparer de l'eau. C'est l'objet du couplage entre l'estérification et l'opération de séparation au sein d'une même unité : séparer l'eau et l'ester au fur et à mesure de leur formation. Au cours de cette thèse, on considèrera 2 types d'opérations de séparation couplée à l'estérification : l'extraction liquide/liquide et la distillation. Outre l’étude bibliographique, la démarche envisagée dans cette thèse se décompose en 5 parties : - développement d'une méthodologie de conception d'un procédé d'extraction réactive - une étude théorique de la distillation réactive basée sur la méthodologie développée au LGC, - l'optimisation des conditions d'estérification et d'extraction avec des expériences simples en réacteur parfaitement agité ou continu et calage de modèles. - la modélisation des procédés d'extraction réactive - et finalement un test sur pilote du procédé présentant les meilleures performances. Contact : Damien Leinekugel-le-Cocq [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Conception Modélisation Procédés Lieu de travail : à déterminer




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre

Sujet de thèse : Caractérisation et modélisation réservoir d'un système carbonaté lacustre à salinité variable. Le Priabonien / Rupélien du bassin syn-rift d’Alès et des régions limitrophes (SE France).

Résumé

Les découvertes d’hydrocarbures réalisées ces dix dernières années dans les séries anté-salifères de l’Atlantique Sud (Bassin de Campos et Santos) ont suscité un regain d’intérêt envers les réservoirs carbonatés d’environnements lacustres à forte composante microbienne. Dans le Sud-Est de la France, les séries priaboniennes (Eocène sup.) à rupéliennes (Oligocène inf.) lacustres du Sud-Est de la France on été déposés au sein de bassins en extension, durant la phase syn-rift du rifting Ouest-Européen, et sont caractérisés par une sédimentation mixte (carbonate, silicoclastique, évaporite) typique d'environnements palustres à lacustres. Des carbonates microbiens (thrombolites, stromatolites) ont également été observés. Ce projet de thèse a donc pour but : - de replacer le système carbonaté de ces bassins dans le cadre de l’évolution géodynamique, climatique et paléogéographique de l’Europe de l’Ouest à la transition Eocène-Oligocène. - de focaliser ensuite l'étude sur l'un de ces bassins (Gardon-Alès-Issirac) afin de contraindre au mieux les modèles de dépôt, d’architecture sédimentaire, d’évolution diagénétique et des propriétés réservoirs en relation avec leurs facteurs de contrôle (climatiques, tectoniques, paléogéographiques). - proposer une méthodologie de simulation stochastique pour rendre compte de ces architectures et de la distribution des hétérogénéités dans ces systèmes sédimentaires. Contact : Youri Hamon [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison – Université Aix-Marseille




Domaine Scientifique : Sciences de l'ingénieur

Sujet de thèse : Modélisation de la propagation de fractures hydrauliques par X-FEM

Résumé

La perméabilité des roches est fortement influencée par la présence de fractures car ces dernières constituent un chemin préférentiel pour l'écoulement des fluides. Ainsi dans un réservoir les fractures naturelles sont un facteur déterminant de sa productivité, tant que, dans le cas de roches à faible conductivité, des techniques de stimulation telle que la fracturation hydraulique sont utilisées pour en augmenter la perméabilité et rendre le réservoir exploitable du point de vue économique. Par contre, il y a des cas où la présence de fractures dans la roche représente un souci, comme dans le cas du stockage de CO2 pour lequel la fuite du CO2 par les fractures présentes dans les couvertures du réservoir et la réactivation des failles constituent un des risques majeurs. C'est donc important de prévoir les effets de la présence de fractures dans un réservoir: réponse en termes de pressions, les effets en termes d'extraction, l'impact sur la subsidence pendant la production et la tenue des couvertures. Le but de cette thèse est le développement d'une technique numérique pour la simulation de la propagation de fractures hydrauliques. Grâce à sa versatilité, la méthode X-FEM sera utilisée avec un modèle zone cohésive. La méthode X-FEM permet l'introduction d'une fissure dans le modèle sans remailler, ce qui simplifie la simulation de la propagation. Le modèle zone cohésive permet de simuler correctement l'écoulement du fluide dans la fissure et l'échange fluide entre la fissure et le milieu poreux. Les développements seront menés dans Code_Aster, un logiciel libre de recherche et industriel à éléments finis développé par EDF R&D. Contact : Daniele COLOMBO [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN – Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre Sujet de thèse : Origine et dynamique des flux d'hydrogène en milieu continental: système roche/eau/gaz.

Exemple du Kansas.

Résumé

Des émanations d'hydrogène naturel ont été découvertes récemment dans différents contextes géologiques. Poursuivant notre intérêt pour l'hydrogène naturel produit dans les environnements intracratoniques et nous proposons de développer des outils géochimiques pour étudier l'origine de cet hydrogène ainsi que la dynamique de sa production naturelle. Notamment, cette source d'énergie existe à l'état dissous dans des aquifères. Des études basées sur les gaz rares ont démontré leur capacité à résoudre les problèmes d'origine, de transport et de dynamique des gaz dans les aquifères. Considérant la faisabilité de la production industrielle de l'hydrogène naturel, nous chercherons à comprendre ces systèmes roche / eau / gaz.

L' approche comprendra:

-La modélisation thermodynamique du comportement des gaz rares lors des processus de dissolution/dégazage en fonction de la nature de la phase majeure de gaz dissous ;

-L' étude géochimique des fluides riches en hydrogène de différentes origines: les propriétés du gaz et de l'eau seront exploitées pour rendre compte de: 1) l'origine de l'hydrogène en milieu continental; 2) la dynamique de recharge d'hydrogène dans l'aquifère.

- Analyse et synthèse des données géologique et des données de forage de données pour le site pilote de référence

- Modélisation des interactions fluides / roche.

- Définition d'un modèle conceptuel de l'hydrogène naturel intégré au contexte géologique des sites pilotes étudiés, avec en particulier un modèle de la production d'hydrogène pour le site pilote de référence.

Différents sites pilote ont été identifiés, par exemple, un pilote de référence, dans l'est du Kansas produit de l'hydrogène à des concentrations relativement élevées. Ces fluides sont produits en conjonction avec le système central du rift nord américain. Différentes origines possibles sont discutés dans la littérature. L'expertise développée sera appliquée à la compréhension de l'origine de l'hydrogène et de recharge sur des sites pilotes.

L'étude fournira l'expertise et les outils pour le développement de méthodes de prospection et de production de l'hydrogène naturel en contexte intra-continental.

Contact : Valérie BEAUMONT [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre Sujet de thèse : Initialisation en contraintes des modèles géomécaniques

Résumé

Les modélisations géomécaniques, effectuées pour des problématiques actuelles de "tenues de réservoir" par exemple, aussi complexes soient-elles en terme en lois de comportement, ne seront jamais correctes si l'on n'est pas capable d'initialiser le tenseur des contraintes. Ces contraintes sont statiques et résultent de l'histoire géologique de la formation étudiée. Dans la majorité des cas, les contraintes locales ne sont ni uniformes, ni identique au champ régional.

Pour initialiser les contraintes dans les modèles, nous n'envisageons pas de parcourir l'histoire géologique, mais d'utiliser simplement des mesures in situ discrètes, représentatives des contraintes actuelles (leak-off test, ovalisation puits, FMI, microsismicité, ...) et des mesures continues (sismique de puits - PSV3D9C, sismique de surface, …).

Les mesures discrètes permettent d'obtenir une information locale précise du tenseur des contraintes. Les mesures continues (sismiques) donnent des informations concernant les champs de vitesses. Dans un premier temps, on souhaite extraire de ces champs de vitesses des informations permettant d'interpoler les tenseurs de contraintes connus localement. Dans un second temps, on mettra au point une méthodologie permettant de distribuer les contraintes dans un modèle géomécanique. Ce modèle devra être en équilibre avec la gravité.

Contact : Axelle Baroni [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre Sujet de thèse : Fluides non conventionnels dans le système de dépôt lacustre du bassin de Muglad, Soudan

Résumé

Les systèmes pétroliers non conventionnels font l'objet d'une attention accrue depuis les succès rencontrés dans la production des gaz de schistes. Dans ces schistes, on trouve des quantités d'huiles variables associés aux gaz. L'évaluation précise de la qualité et de la quantité de tous les fluides (gaz + huile) est un verrou pour l'industrie pétrolière dans le domaine de l'exploration des ces réserves.

Le principal verrou qui sera levé grâce à cette thèse est l'évaluation du potentiel en fluides non conventionnels sur une roche mère de Type I. Cette évaluation se fera sur la base d'analyses d'échantillons, d'essais expérimentaux et d'une modélisation de bassin. Cette thèse fournira également un modèle prédictif pour les fluides non conventionnels du bassin de Muglad, une meilleure compréhension de la rétention des composés générés au cours du craquage thermique des kérogènes dans les roches mères, un analogue pour les roches mères subsalt de l'atlantique sud.

La qualité des échantillons, du modèle de bassin et de la candidate pour cette thèse sont un gage a priori de ses chances de réussite.

Contact : Mme Maria-Fernanda Romero-Sarmiento [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison




Domaine Scientifique : Sciences de la Terre

Sujet de thèse : Détermination de la perméabilité effective d'un milieu poreux par analyses géochimiques de traceurs

Résumé

Cette thèse porte sur les propriétés pétrophysiques des roches déterminées par une nouvelle approche géochimique.

En effet, la perméabilité est actuellement déterminée expérimentalement par des techniques pétrophysiques classiques et représentant l'échelle de la carotte. L'objectif de cette thèse est de déterminer la perméabilité des roches à l'aide de traceurs géochimiques tels que les métaux mais également le chlore par l'étude de l'évolution de sa composition isotopique lors de la migration/diffusion des fluides à travers la roche. Cette approche géochimique est une nouvelle approche, complémentaire à ce qui est fait aujourd'hui par les méthodes classiques.

De plus, avec cette nouvelle approche géochimique, des mesures in situ de l'évolution des perméabilités d'un milieu poreux pourra être déterminée et nous permettre de mieux comprendre l'évolution d'un site dans un contexte de stockage géologique du CO2, d'un procédé d'EOR-CO2, d'un stockage de gaz naturel ....

En effet, au cours du temps, le CO2 va réagir avec son environnant et aura un impact sur les propriétés pétrophysiques des milieux poreux. Avec cette nouvelle approche géochimique, l'évolution des propriétés pétrophysiques pourra être déterminée et permettra une meilleure prédiction via la simulation numérique, pour être plus représentatif que ce qui se fait aujourd'hui.

Au cours de cette thèse, des études expérimentales seront réalisées sur des roches modèles représentatives de réservoir (et aussi d'une roche couverture). Des études de percolation et de diffusion à travers les milieux poreux seront donc réalisés. Ces deux phénomènes sont bien représentatifs de ce que nous observons dans un contexte géologique du CO2 ou d'un procédé EOR-CO2 (près des puits, la percolation est le principal phénomène d'écoulement ; alors que dans un réservoir secondaire ou à travers la roche couverture, la diffusion est le principal mode de "migration").

Des simulations numériques seront effectuées pour extrapoler les résultats obtenus à l'échelle du laboratoire à une échelle de site.

Contact : Bruno Garcia [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Géosciences Lieu de travail : IFPEN Rueil-Malmaison





Sujet de thèse : Évaluation de l'approche "Expérimentation Haut débit" en lit fixe pour le screening de catalyseur Fischer-Tropsch

Résumé

Le projet Fischer-Tropsch soulève de nombreux enjeux, tant en terme de conception de procédés, qu'en terme de design de catalyseur. Dans ce cadre, le couple solide catalytique/conditions opératoires du procédé nécessite l'optimisation de nombreux paramètres, que des méthodes classiques de tests ne permettent d'évaluer que sur des délais très longs. Ainsi l'approche d'Expérimentation Haut Débit (EHD) constituerait un atout majeur pour le développement du procédé. Mais elle pose la question suivante : le classement des performances, en termes d'activité et de sélectivité, des catalyseurs, obtenu avec les milli-lits fixes sera-t-il reproduit sur un réacteur parfaitement agité type colonne à bulles et si non est il possible d'extrapoler le classement obtenu ? En effet, le passage d'un réacteur de type cuve agité à un milli-lit fixe implique une mise en œuvre des phases réactives et une configuration des écoulements autour du catalyseur totalement différentes. La thèse devra précisément quantifier et interpréter l'impact de cette nouvelle hydrodynamique sur l'activité et la sélectivité des catalyseurs testés.

En première année de thèse, des tests en maquette froide permettront d'abord d'évaluer qualitativement le régime hydrodynamique du milli-réacteur et déterminer les paramètres caractéristiques de l'hydrodynamique. Des tests en réaction avec variation des conditions opératoires complèteront les observations faites à froid. En deuxième année, des études de transfert de matière seront réalisés. Si besoin, un modèle de réacteur prédisant les sélectivités sera développé afin de définir la gamme d'activité du catalyseur et de conditions opératoires pour laquelle la transposition des résultats de sélectivité restera conforme. Enfin, la dernière année sera consacrée à la mise au point des méthodologies à définir et valider pour interpréter les valeurs d'activité et de sélectivité obtenues en milli-lit. Des comparaisons expérimentales avec les autoclaves seront également effectuées.

Contact : Mme Brunet-Errard Léna [email protected]

M. Vincent Lecocq [email protected] Direction de Recherche IFPEN : Expérimentation Procédés Lieu de travail : IFPEN Lyon - UCCS Lille




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