Modélisation et simulation de l’extrusion bi-vis avec injection de solvant pour le recyclage des déchets plastiques

Le recyclage des déchets plastiques est un enjeu environnemental majeur. Bien que les réglementations européennes initient des changements d’ampleur en termes de collecte et d’incorporation de matières recyclées, les solutions technologiques pour le recyclage de flux si complexes restent encore à développer. Cette problématique est particulièrement vraie lorsque les recyclats sont destinés à un usage alimentaire : obtenir les standards de pureté des matières vierges est le plus souvent indispensable. L’utilisation de solvants pour dissoudre ou dépolymériser ces matériaux est parfaitement adaptée car elle permet une élimination plus aisée des impuretés.
L’extrusion bi-vis avec injection de solvant se pose alors comme une solution technologique de choix : fusion de la matière plastique et mélange avec un solvant dans le même équipement. Cependant, l’injection de grandes quantités de solvants présente des difficultés et est peu documentée dans la littérature. Si la mise au point sur des outils de laboratoire est réalisable, les règles d’extrapolation classiques ne s’appliquent plus car les transferts thermiques sont modifiés par la présence du solvant et la chute de viscosité du système.
Le présent sujet de thèse propose d’utiliser la CFD pour mieux comprendre et designer ce type d’équipement. Les approches stationnaire puis instationnaire, sans ajout de solvant, seront successivement évaluées, avec le degré de difficulté de maillage croissant qu’elles impliquent. Puis, le mélange solvant/polymère ainsi que le transfert thermique seront implémentés dans les modèles numériques, et éventuellement une cinétique de dépolymérisation. Des essais sur une extrudeuse de laboratoire et pour plusieurs types de systèmes polymère/solvant permettront d’obtenir des données utiles afin de confronter les résultats numériques. Enfin, une application à des extrudeuses de taille industrielle permettra de valider l’extrapolabilité des modèles développés.

Mots clefs: Mécanique des Fluides, CFD, Extrusion réactive, polymères, recyclage des déchets plastiques

• Directeur de thèse    Pr. FULCHIRON René, Laboratoire Ingénierie des Matériaux Polymères, ORCID - 0000-0002-7714-9298
• Ecole doctorale    ED34, Ecole Doctorale Matériaux (Lyon 1), https://ed34.universite-lyon.fr/
• Encadrant IFPEN    Dr GAMET Lionel, Ingénieur de recherche, dép. Intensification de l’Expérimentation, ORCID - 0000-0002-8280-1359 
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2025 (3 novembre)
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Diplôme d’ingénieur ou M2 en Mécanique des Fluides et/ou Matériaux polymères
• Connaissances linguistiques    Bonne maîtrise du français indispensable, anglais souhaitable
• Autres qualifications    Fortement recommandé : CFD, OpenFOAM, C++, rhéologie des polymères

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.