Solvants précipitants pour le captage CO2 : compréhension des mécanismes et cinétique des réactions de précipitation

Les gaz à effet de serre représentent l’une des problématiques principales de recherche à IFPEN. Parmi les solutions nécessaires à apporter pour leurs réductions, les procédés de capture du CO2 (Carbon Capture and Storage) représentent entre 15 et 30% de l’effort à fournir selon les projections et suivant les scénarios de réchauffement climatique. Cet enjeu demande un investissement important de recherche et d’innovation pour le déploiement à large échelle de solutions plus efficientes. Les technologies employant des systèmes précipitants permettraient de déployer un nouveau levier et d’accéder à certains avantages par rapport aux technologies classiques mettant en œuvre des solvants aqueux aux amines, comme une toxicité limitée et un plus faible potentiel de corrosion par exemple. Cependant, ces systèmes sont encore peu caractérisés à ce jour et nécessitent de plus profondes investigations afin d’appréhender l’impact des paramètres clefs sur les performances de captage.
Pour cela, la thèse proposée comporte un premier volet portant sur l’étude et la détermination de formulations à haut potentiel de précipitation à travers le développement de puces microfluidiques. Ces puces permettent d’engager de faibles volumes de réactifs et de tester rapidement l’impact de plusieurs paramètres grâce à une approche paramétrique. 
Après cette étape et la détermination de systèmes types, le deuxième volet de la thèse portera sur l’étude de leurs comportements à l’équilibre thermodynamique. Le but est d’obtenir les principales caractéristiques décrivant le processus de cristallisation, telle que la détermination des zones de nucléation selon les paramètres impactés, les isothermes et limites de solubilités des sels, l’idée étant de déterminer à travers ces études un schéma réactionnel représentatif des espèces engagées et des produits obtenus.
Enfin avec ces informations détaillées, l’objectif est d’étudier le comportement de ces systèmes hors équilibre et d’estimer les grandeurs caractéristiques décrivant la cinétique des systèmes, de la phase gaz à la phase solide et de leurs interactions. Ainsi, un modèle cinétique sera établi afin d’accéder à ces données majeures permettant d’apporter un regard critique sur le système. 
De cette manière cette thèse propose d’étudier les systèmes précipitants de manière transversale, de l’étude en environnement microfluidique d’espèces sélectionnées jusqu’aux performances cinétiques, afin d’apporter davantage d’informations clefs sur la pertinence de ces systèmes encore fortement à l’étude aujourd’hui. Ces informations sont essentielles pour la continuité entre échelle laboratoire et échelle pilote.

Mots clefs : Captage CO2, CCUS, Cristallisation, absorption, cinétique, modélisation, microfluidique

• Directrice de thèse    Dr, TAYAKOUT FAYOLLE Mélaz, Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de Génie Pharmaceutique, ORCID :0000-0002-0667-3535
• Ecole doctorale    ED 206 : Ecole doctorale Chimie, Procédé, Environnement, https://www.edchimie-lyon.fr/
• Encadrant IFPEN    Dr, PÉTAUD Guillaume, département séparation, guillaume.petaud@ifpen.fr, ORCID : 0000-0002-3227-8563
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2023
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Ingénieur ou Master en Chimie
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise de l’anglais indispensable, français souhaitable