Effet de la formation de paires d’ions sur les équilibres de phase de systèmes électrolytiques

L'économie circulaire consiste en la réutilisation des déchets comme ressource renouvelable. Ceci nécessite parfois des procédés complexes, car on a souvent besoin d’une grande pureté en sortie, et les déchets sont généralement un mélange complexe de différentes espèces. L'optimisation d'un tel processus nécessite une bonne compréhension des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lors des étapes de séparation. Celles-ci sont souvent basées sur des séparations de phases entre un flux aqueux et un solvant, une vapeur, ou un solide. Cette modélisation de l'équilibre des phases est réalisée à l'aide de modèles thermodynamiques.
La modélisation thermodynamique des systèmes d'électrolytes aqueux présente plusieurs types de difficultés. La première est la complexité des fluides qui peuvent être rencontrés, contenant à la fois des espèces moléculaires organiques ou inorganiques, des acides, des bases et des ions métalliques. La présence d'espèces ioniques implique la prise en compte des interactions électrostatiques entre ions à longue portée en plus des interactions à courte distance. La deuxième complexité est liée aux phénomènes d’association (physique et/ou chimique) qui se produisent dans le fluide. Ces derniers sont très sensibles à la constante diélectrique du milieu qui dépend à son tour de la composition du fluide, de la température et de la pression. Il est donc nécessaire de coupler équilibre réactif et équilibre physique dans la modélisation.
L'IFPEN travaille sur ce sujet depuis plusieurs années, et a développé une équation d'état qui permet de calculer l'équilibre des phases pour les espèces moléculaires. Il est apparu que lorsque l'on mélange de l'eau et un alcool avec un acide et une base, le comportement de l'équilibre des phases est extrêmement sensible à la formation de paires d’ions. Ce phénomène peut être modélisé en utilisant une approche d'équilibre chimique, mais cela implique (1) qu'une nouvelle espèce doit être caractérisée et (2) qu'un équilibre chimique et physique combiné doit être calculé. Le thème de recherche proposé se concentrera sur la modélisation de tels systèmes. Des mélanges multi-constituants (acide, base, cosolvant et eau) serviront d'exemples de tests. De nouvelles données expérimentales devront peut-être être acquises.

Mots clefs : électrolytes, modélisation, thermodynamique, équation d’état, phase aqueuse

• Directeur de thèse    Dr Jean-Pierre SIMONIN, Phenix (UMR 8234), https://orcid.org/0000-0002-8246-8154
• Ecole doctorale    ED388 Chimie Physique et Analytique de Paris Centre, Sorbonne Université 
• Encadrant IFPEN    Dr Jean-Charles de HEMPTINNE, https://orcid.org/0000-0003-1607-3960
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France et Sorbonne Université (Campus P.M. Curie)
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2021 
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master en génie chimique ou chimie physique 
• Connaissances linguistique    Anglais niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications    Bonne capacité en programmation