Modélisation multi-échelle du transport couplé à la réaction de molécules dans les catalyseurs zéolithiques pour la déshydratation des alcools

Les zéolithes, matériaux nanoporeux aux structures cristallines bien définies, jouent un rôle crucial dans la transition depuis des combustibles fossiles vers des sources renouvelables pour la production de carburants et de produits chimiques. Prédire avec exactitude les vitesses de réaction est crucial pour dépasser les méthodes d'essai-erreur et pour favoriser le développement de catalyseurs novateurs pour la conversion de la biomasse. La modélisation des catalyseurs à base de zéolithes exige une intégration des différentes échelles de longueur et de temps, qui sont souvent examinées séparément. Les calculs ab initio apportent un éclairage sur les mécanismes réactionnels à l'échelle atomique, tandis que les calculs basés sur les champs de force fournissent des informations sur le comportement collectif, comme les isothermes d'adsorption et les coefficients de diffusion. Malgré la nécessité de fusionner ces échelles pour des prédictions fiables des performances catalytiques, de telles intégrations restent peu communes, surtout dans le cadre des réactions de déshydratation des alcools biosourcés, cruciaux pour la production de carburants et de précurseurs chimiques de grande valeur. Cette thèse vise à combler cette lacune en intégrant des données de simulation ab initio - spécifiquement, les mécanismes de réaction et les constantes de vitesse pour la déshydratation de l'isobutanol catalysée par des zéolithes protoniques - avec des données d'adsorption et de diffusion issues d'une approche multi-échelle. Cette approche comprend des simulations de Monte Carlo, des dynamiques moléculaires à champ de force (potentiellement validées par des dynamiques moléculaires ab initio) et des simulations de Monte Carlo cinétique. L'objectif final est de développer un modèle de transport réactif capable de prédire les vitesses apparentes de réaction, améliorant ainsi la conception et l'optimisation des catalyseurs à base de zéolithes pour des procédés chimiques durables. 

Mots clefs: Chimie théorique, Modélisation moléculaire, Matériaux, Diffusion

• Encadrant et Directeur de thèse    Dr Carlos NIETO-DRAGHI, IFPEN, ORCID: 0000-0001-5956-9259
• Co directeur de thèse    Dr Benoît Coasne, CNRS, LiPhy, benoit.coasne@univ-grenoble-alpes.fr, ORCID: 0000-0002-3933-9744 
• Ecole doctorale    ED388, Sorbonne Université
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France. 
• Durée et date de début    3 ans, démarrage début novembre 2025
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master 2 en Sciences chimiques, chimie physique, chimie ou physique des phases condensées ou des matériaux
• Connaissances linguistiques    Bonne maîtrise de l’anglais indispensable, français souhaitable
• Autres qualifications    Modélisation moléculaire, sciences de matériaux, Informatique.

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