Simulation of black carbon and hydrogen production from CH4 pyrolysis

La production d'hydrogène a récemment fait l'objet d'un intérêt majeur grâce à l'effort mondial de décarbonisation mené par les industries du transport et de l'énergie. La pyrolyse du méthane est un nouveau procédé qui concurrence la technologie plus conventionnelle de l'électrolyse. Ses principaux avantages sont son coût énergétique inférieur et l'utilisation potentielle de son sous-produit, le noir de carbone. Plenesys est une start-up qui conçoit de nouvelles torches à plasma et de nouveaux fours de pyrolyse à cette fin. Les simulations CFD offrent une opportunité prometteuse d'améliorer ces technologies. Dans ce contexte, IFP Energies nouvelles (IFPEN), un institut de recherche semi-public, soutient Plenesys grâce à son expérience en matière de simulations d'écoulements réactifs. Le poste proposé s'inscrit dans cette collaboration et aura donc pour objectif de valider puis de réduire un modèle de chimie et de carbone solide décrivant la pyrolyse du méthane pour le rendre utilisable en simulation CFD industrielle par la suite.
L'intégration d'une chimie détaillée et d'une modélisation avancée des particules dans un solveur CFD reste un défi majeur. IFPEN possède déjà une expérience dans ces deux domaines, grâce à des travaux antérieurs pour les industries automobile et aéronautique. Ainsi, la première étape de ce travail consistera à adapter les méthodes et modèles d’IFPEN aux cas de pyrolyse du méthane. Le modèle résultant sera ensuite utilisé pour simuler un cas fourni par Plenesys. En plus de la cinétique détaillée des gaz et du modèle avancé de particules de carbone, cette simulation nécessitera également une modélisation du rayonnement adaptée à cette configuration spécifique. La deuxième partie du projet se concentrera donc sur la conception d'un modèle de rayonnement approprié.
L'objectif du projet est de fournir un outil de modélisation utilisable par Plenesys dans son processus de conception. Les développements nécessaires à cet effet devraient donner lieu à plusieurs articles de recherche et communications orales.

Mots clefs: Pyrolysis, Combustion, Black Carbon, Hydrogen, CFD simulation

• Directeur de thèse    Dr. Olivier COLIN, IFPEN, https://orcid.org/0000-0002-8947-3490
• Ecole doctorale    ED579 SMEMAG, Université Paris-Saclay
• Encadrants IFPEN  Dr. Damien AUBAGNAC-KARKAR, https://orcid.org/0000-0003-3995-4920 & Dr. Karine TRUFFIN, https://orcid.org/0000-0003-0888-9003
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France  
• Durée et date de début    3 ans, début au printemps 2024
• Employeur    Plenesys, Valbonne, France
• Qualifications    Master en mécanique des fluides ou énergétique
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications    Programmation (Python et/ou C++)

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV aux encadrants IFPEN indiqué ci-dessous.