Impact d’un confinement mécanique sur la perméation dans des membranes polymères

Dans le domaine de l’énergie, le transport d’espèces dans les matériaux polymères est rencontré dans de nombreuses applications industrielles. Il est souvent à l’origine de la performance d’un procédé ou d’un équipement. Sa compréhension, sa prédiction et sa maitrise sont des sujets de première importance dans l’objectif de gagner en efficacité dans ce secteur et offrent de nombreux débouchés industriels.
Le transport d’espèces chimiques dans les polymères fait intervenir plusieurs mécanismes physiques couplés et liés aux interactions des espèces au sein du matériau. En particulier, les espèces doivent se dissoudre dans la matrice avant de diffuser. Cette solubilisation modifie les caractéristiques locales de la matrice et peut engendrer un gonflement. En conséquence, la perméation sera différente suivant que le matériau est contraint ou libre de gonfler. C’est l’impact de cette contrainte mécanique sur les propriétés de transport que nous proposons d’étudier plus en détail au cours de la thèse.
A partir d’une description fine des mécanismes physiques rencontrés, l’objectif de ce travail est de développer une stratégie de modélisation des propriétés de transport moléculaire dans ces solides déformables. Un formalisme rigoureux devra être mis en œuvre. Il pourra être basé sur les équations de diffusion de Maxwell-Stefan, en utilisant d’une part le gradient des potentiels chimiques calculés à l’aide d’une équation d’état et d’autre part en y intégrant la composante mécanique adaptée. Le développement d’un outil numérique devra permettre de reproduire les données expérimentales disponibles. Des mesures complémentaires pourront être envisagées au cours de la thèse. Ce travail sera réalisé en partenariat avec l’équipe du Professeur Eric Favre, à l’ENSIC.

Mots clefs: Perméation, Diffusion, Gonflement, Polymère, Thermodynamique

• Directeur de thèse    Dr., de HEMPTINNE, Jean-Charles, IFPEN, département Thermodynamique et Modélisation Moléculaire, https://orcid.org/0000-0003-1607-3960
• Ecole doctorale    Chimie Physique et Chimie Analytique de Paris Centre, http://www.ed388.upmc.fr/fr/index.html
• Encadrant IFPEN    Dr., LEFEBVRE, Xavier, département Physico-Chimie des Matériaux et Fluides Complexes, xavier.lefebvre@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France, avec passages à l’Université de Lorraine (Nancy) 
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2021 
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France
• Qualifications    Master en génie des matériaux ou génie chimique, thermodynamique 
• Connaissances linguistiques    Anglais courant (avec volonté d’apprendre le Français), ou Français courant
• Autres qualifications    Expérience appréciée en programmation et utilisation de logiciels de modélisation (Comsol, Abaqus, …)