Identification et modélisation des mécanismes hydrodynamiques impactant l’hydrolyse enzymatique de la biomasse

La production de carburants et produits chimiques biosourcés est une transition majeure pour réduire notre dépendance aux ressources fossiles. La biomasse est une ressource écologique et viable économiquement pour répondre à la problématique de diversification énergétique, à la réduction des émissions de CO2, mais aussi pour diversifier la formulation des produits chimiques disponibles. 
Les procédés de conversion de biomasse en sucres ou en bioéthanol impliquent souvent le recours aux enzymes afin de convertir les sucres. Cette étape est communément appelée « hydrolyse enzymatique ». Afin que cette étape unitaire soit viable à grande échelle, elle devra fonctionner à hautes teneurs en solide. Toutefois, une charge en solide supérieure à 15% en poids induit des difficultés de processus, avec, en conséquence, des rendements faibles. En effet, à ces taux de matière sèche élevés, la suspension biomasse-eau présente une rhéologie complexe avec des viscosités élevées, rendant difficile l’obtention d’un mélange suffisant à des puissances raisonnables. 
Afin de traiter ces problèmes, une compréhension fondamentale des propriétés d’écoulement et de leur couplage avec les réactions chimiques est nécessaire. Cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact des paramètres hydrodynamiques sur le transfert liquide/solide et les efficacités réactionnelles intervenant au cours de la réaction d’hydrolyse enzymatique. Une approche mêlant expériences et simulation CFD permettra de mettre en évidence les corrélations entre cisaillement, mécanismes de transfert et vitesse de conversion. L’outil numérique développé sera ensuite appliqué à grande échelle pour tester différentes configurations d’agitateurs et guider la conception des réacteurs industriels.

Mots clefs: Biomasse, mécanique des fluides numérique, CFD, modélisation, écoulement multiphasique, cuves agitées, rhéologie, fluide non newtonien, transfert de masse, cinétique réactionnelle.

• Directeur de thèse    Pr. AUBIN Joelle, Laboratoire de Génie Chimique Toulouse (LGC) 
• Ecole doctorale    ED MEGEP, Ecole Doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil & Procédés Toulouse, www.univ-tlse3.fr/mecanique-energetique-genie-civil-procedes
• Encadrant IFPEN    Dr. BOURAS Meriem, Ingénieur Génie Chimique, Département Génie Chimique et Technologie, meriem.bouras@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France 
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2022
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Rueil Malmaison, France
• Qualifications    Master en Génie Chimique 
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise du français indispensable, anglais souhaitable
• Autres qualifications    Connaissances en mécanique des fluides numériques et en transfert de matière et cinétique réactionnelle