Thèse intitulée « Etude d’un procédé de dépôt de couches minces de polymère conducteur PEDOT à partir d’une phase vapeur oxydante ».

Pour respecter les mesures sanitaires, vous êtes invités à assister à la soutenance sur zoom le 22 octobre 2020 à 14h via le lien suivant. Le lien est ouvert à partir de 13h30.

Participer à la réunion Zoom : https://zoom.us/j/93556827672?pwd=UW1rWDFWYnloSVJHdlRSaGg5ODR6UT09

ID de réunion : 935 5682 7672
Code secret : 136510

Directeurs de thèse : Brigitte CAUSSAT (Toulouse INP) & Hugues VERGNES (Toulouse INP)

Autres membres du jury :

• Stéphanie ROUALDES, Université de Montpellier 2 (Rapporteur)
• Graziella MALANDRINO, Université de Catane, Italie (Rapporteur)
• Nicolas LECLERC, Université de Strasbourg (Examinateur)
• George ZISSIS, Université Toulouse 3- Paul Sabatier (Examinateur)
• Michel PONS, Grenoble INP (Examinateur)
• Nicolas CAUSSE, Toulouse INP (Examinateur)
• Constantin VAHLAS, Toulouse INP (Invité)

Résumé :

La demande croissante de matériaux flexibles et peu coûteux pour les technologies futures comme le photovoltaïque et les OLEDs fait des matériaux organiques une alternative attractive aux matériaux inorganiques déjà existants. Le PEDOT est un polymère conducteur qui présente des propriétés électriques et optiques très prometteuses. Le présent travail concerne l’étude du procédé de dépôt pour produire des couches minces de PEDOT. Les caractéristiques des films déposés telles que leur épaisseur et leur composition chimique sont corrélées aux conditions de dépôt, en vue d’optimiser leurs propriétés. Des conductivités électriques jusqu’à 1350 S/cm sont obtenues. Ces films polymères sont ensuite déposés sur des substrats complexes (papier, membranes polymères, etc.) et testés pour quelques applications, notamment pour les OLEDs, en tant que support pour la croissance de cellules animales et pour modifier la perméabilité de membranes, ouvrant de nouvelles pistes de progrès.

Soutenance de thèse intitulé : Design d’un bioprocédé pour la valorisation des résidus d’agave pour la production de molécules plateforme”

Pour assister à la soutenance : https://zoom.us/j/93310744821?pwd=Q0lMbXg1Q0FocTUvaHpXNFBwYmxtQT09
ID de réunion : 933 1074 4821
Code secret : 344978

Directeurs de thèse :

• Cédric Brandam,  Directeur de thèse
• Mme Claire Joannis-Cassan,  Co-directrice de thèse
• Le jury est composé de :
• Mme Anne Christine Gschaedler Mathis,  Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ),   Rapporteure
• BehnamTaidi, Centralesupelec Paris LGPM (Laboratory of Chemical Engineering and Materials);Rapporteur
• Mme Patricia Taillandier, LGC UMR 5503, Examinatrice
• PierreFontanille,Université Clermont-Auvergne, Examinateur
• Mme Hélène Roux-de Balmann, LGC UMR 5503, Invitée

Le résumé

Le concept de bioraffinerie a été évoqué pour la première fois à la fin des années 80 comme une proposition pour faire face au changement climatique et à la crise pétrolière dans le monde. Cependant, à ce jour, plusieurs problématiques empêchent les bioraffineries de devenir compétitives sur le marché. Dans ce travail, nous nous concentrons sur deux problématiques apparues au fil des années : 1) L’utilisation du hydrolysat lignocellulosique sans passer par une étape de séparation des monomères de type C5 et C6 et, 2) la production de diverses molécules à valeur ajoutée afin de minimiser les coûts d’investissement et être compétitif avec les molécules obtenues à partir du pétrole. La matière première sur laquelle on se centre est un milieu modèle de bagasse d’agave. En effet, la production des boissons alcooliques à base d’agave augmente chaque année en générant jusqu’à 40 % des résidus par litre produit. La stratégie présentée lors de ce travail a été la conception d’un procédé pour la production des deux métabolites à valeur ajoutée, chacun issu d’un type de sucre dans le mélange. Pour chaque métabolite, une souche a été sélectionnée en fonction du rendement, de la productivité et de sa capacité à être cultivée dans des conditions de fermentation compatibles avec l’autre souche. Avec ces critères, des souches de Candida guillermondii et Corynebacterium glutamicum ont été choisies. Trois propositions différentes de processus de fermentation ont été testées : mixte, séquentielle et séquentielle avec élimination du premier microorganisme. C. glutamicum a produit de l’acide lactique à un rendement de 1,3 mol/mol après 48 h de culture. Les conditions de fermentation proposées pour la production de xylitol par C guilliermondii dans un milieu avec un mélange de sucres et d’acide lactique produit dans la première étape de la fermentation séquentielle sont: 0,1 vvm, pH initial ajusté à 7 sans régulation. Dans ces conditions, le xylitol a été produit avec un rendement de 0,63 mole/mole après 63 h de culture.

Titre de la thèse : Etude numérique et expérimentale à l’échelle pilote de l’injection d’hydrogène dans le sodium liquide par perméation à travers une membrane de nickel

Resumé :

Dans le cadre des RNR-Na, pour le contrôle de la contamination du tritium dans les circuits sodium, il est fondamental de maintenir une quantité minimale d’hydrogène dissous dans le sodium liquide. Pour cela, l’injection d’hydrogène par perméation à travers une membrane dense de nickel a été proposée. Dans cette étude, un nouveau prototype de perméateur a été conçu et testé expérimentalement à l’échelle pilote dans un circuit sodium expérimental, jusqu’à 450°C. Le flux de perméation mesuré dépend linéairement de la racine carrée de la pression partielle d’hydrogène en alimentation jusqu’à 20 kPa, démontrant ainsi que, dans cet intervalle, le processus est limité par la diffusion de l’hydrogène à travers la membrane de nickel. En particulier, la présence du sodium dans le côté perméat ne semble pas avoir d’influence significative sur le transfert de masse de l’hydrogène. La comparaison avec les résultats de la littérature, concernant des petits échantillons de nickel, révèle que des phénomènes ayant lieu dans le réticule cristallin de la membrane, probablement liés à la déformation à froid subie lors de sa fabrication, pourraient avoir un impact sur la perméation. Globalement, le processus expérimental a été validé avec succès tout en démontrant la faisabilité de cette application à l’échelle pilote. Un modèle analytique 1D a été développé avec une approche multi-physique, afin d’établir le transfert de masse radial de l’hydrogène à travers les trois domaines physiques. Des simulations CFD, réalisées dans une géométrie 2D axisymétrique avec Comsol-Multi-physics, ont fourni une meilleure compréhension des phénomènes de transport ayant lieu et ont confirmé les résultats obtenus par le plus simple modèle 1D sous certaines conditions. En conclusion, l’activité expérimentale a montré un bon accord avec le modèle 1D et les simulations CFD tout au long de l’intervalle de température et jusqu’à des pressions partielles d’hydrogène de 20 kPa. En rassemblant les éléments expérimentaux et numériques obtenu par cette étude, une loi constituée d’une simple équation a été définie pour décrire les performances du prototype afin d’aider l’activité de conception de cette application à l’échelle industrielle.

Directeurs de these : Xuân-Mi Meyer – Xavier Joulia

Membres du jury :

Vous pourrez la suivre sur Zoom par le lien : https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/76929784650?pwd=emcvc3Zwak5DanBPdlAxajQyT2RmUT09

ID de réunion : 769 2978 4650

Code secret : 51pRea

Soutenance de thèse aura lieu le mardi 10 novembre à 10h.

Titre de la thèse : « Réactions de caustification du fluorosilicate de sodium (Na₂SiF₆) et valorisation des sous-produits pour l’obtention de matériaux de construction ».

Le jury sera composé de :

• Hervé MUHR, CNRS (LRGP, Nancy), Rapporteur
• Loïc FAVERGEON (École des Mines, St. Etienne), Rapporteur
• Alexander PISCH (SIMAP, Grenoble), Examinateur
• Martin CYR (LMDC, Toulouse), Examinateur
• Laurent PRAT (LGC, Toulouse), Invité (co-encadrant)
• Alpha Ousmane TOURE (LE3PI, Dakar), Invité (co-encadrant)
• Falilou Mbacké SAMBE (LE3PI, Dakar), Directeur de thèse
• Laurent CASSAYRE (LGC, Toulouse), Directeur de thèse

Résumé

L’acide fluorosilicique (H₂SiF₆) est l’un des déchets rejetés par la production industrielle d’engrais phosphatés et constitue un défi environnemental (toxicité) et économique (traitement des déchets en fin de chaîne) majeur. Il est donc essentiel d’opter pour le recyclage de ce déchet par un système de traitements générant des substances utilisables dans les procédés chimiques. À ce jour, aucune solution industrielle n’est cependant mise en œuvre pour traiter cet effluent.

Récemment, un procédé en plusieurs étapes pour le traitement et la valorisation de l’acide fluorosilicique a été proposé. Il consiste en une première réaction entre l’acide fluorosilicique et le chlorure de sodium qui produit de l’acide chlorhydrique et du fluorosilicate de sodium. Ce dernier réagit avec de la chaux pour former de la lessive de soude et un mélange de deux solides, du fluorure de calcium et du silicate de calcium. Les déchets solides obtenus par le procédé actuel se sont avérés réduire la température de fabrication de ciment. Cependant, les clinkers produits présentent une teneur en fluor 50 fois supérieure à la valeur limite maximale.

Dans ce présent travail, l’étape de conversion du fluorosilicate de sodium a été revisitée. La méthodologie a consisté à réaliser une étude thermodynamique, ce qui a permis de cibler une voie de recyclage par un procédé aqueux en deux étapes. Des tests expérimentaux ont ensuite été réalisés en réacteur batch, et couplés avec différentes techniques de caractérisation des produits (ICP-AES, DRX, ATG, MEB). Ce travail a abouti à la proposition d’une nouvelle étape du procédé, permettant de générer successivement deux produits solides : (i) du fluorure de calcium pur CaF₂, utilisable en métallurgie et (ii) un mélange de silicate de calcium hydraté (CSH) à faible teneur en CaF₂, qui constitue une matière première potentiellement utile pour la fabrication de matériaux de construction.

Sur la base de ce procédé de transformation de Na₂SiF₆ en voie aqueuse à deux étapes, la suite des travaux a été dédiée à l’étude de deux voies de valorisation du produit issu de la seconde étape.

L’une des pistes de valorisation consiste en une réaction de carbonatation accélérée des CSH pour produire un matériau de construction. L’objectif des travaux a été de caractériser la vitesse et le rendement de la carbonatation des poudres de CSH. L’étude a en particulier permis de montrer que les CSH carbonatent beaucoup plus vite qu’un minerai de référence, la wollastonite (CaSiO₃). Cette différence a été attribuée à la présence d’eau liée dans la structure des CSH, qui favorise localement la réaction de carbonatation.

La deuxième piste de valorisation a consisté à utiliser la poudre de CSH ou la suspension de CSH + soude obtenue à l’issu de l’étape 2 du nouveau procédé en tant qu’activateur pour les systèmes à base de ciment et de laitier de haut-fourneau. Les essais effectués ont démontré que la poudre de CSH peut être incorporée en faible quantité lors du gâchage du ciment afin d’accroitre les résistances mécaniques à jeune âge. Enfin, l’étude des systèmes à base de laitier a permis de montrer que la résistance à la compression des mortiers augmente avec la quantité (CSH + NaOH). En revanche, les résistances à long terme sont altérées pour des quantités d’activateurs élevées.

Mots clés : Acide fluorosilicique, Simulation thermodynamique, Génie des procédés, Précipitation réactive, Carbonatation, Alcali-activation

Thèse intitulée « Study and optimization of an all-vanadium redox flow battery ».

La soutenance aura lieu à l’amphithéâtre AMPÈRE sur le campus de l’UPS le lundi 2 novembre 2020 à 13 h 30. 

Du fait des restrictions sanitaires, le nombre de personnes pouvant assister à la présentation/discussions ne pourrait dépasser 50 (capacité amphithéâtre : ~ 250 pers.) Il sera possible de suivre la présentation devant son écran via le lien Zoom ci-dessous en vous connectant entre 13h et 13h20. Merci de couper vos micros et caméras.

Participer à la réunion Zoom :
https://zoom.us/j/97497517674?pwd=djVtckI2Yk5CT2V2VmxieXVaSlVIUT09
ID de réunion : 974 9751 7674
Code secret : fQC1ki

Les membres du jury sont :

• M. Carlos PONCE DE LEON ALBARRAN, Université de New Southampton, Royaume-Uni Rapporteur
• M. Vincent VIVIER, LISE, Sorbonne Université, Paris Rapporteur
• Mme. Béatrice BISCANS, LGC, INP, Toulouse  Examinatrice
• M. Mathieu ETIENNE, LCPME, Université de Lorraine, Nancy  Examinateur
• M. Fabien CHAUVET, LGC, UT-III-PS, Toulouse Co-directeur de thèse
• M. Theo TZEDAKIS, LGC, UT-III-PS, Toulouse Directeur de thèse

Résumé des travaux de thèse :

Le présent projet concerne la conception et l’optimisation des batteries à circulation (RFB). Ces dernières sont des dispositifs permettant i) la conversion, par voie électrochimique, de l’énergie électrique en énergie chimique, ii) le stockage de cette énergie chimique et iii) le processus inverse visant à restituer l’énergie stockée sous forme d’électricité, selon la demande. Les RFB sont bien adaptées pour répondre au caractère intermittent des sources d’énergies renouvelables.

La batterie « tout vanadium » (VRFB), est étudiée dans cette thèse. Développée dans les années 80, la VRFB présente un avantage important par rapport aux autres batteries à circulation (le Fe-Cr par exemple) :  l’absence de contamination irréversible des électrolytes, ceci du fait que le même élément vanadium est utilisé dans les deux compartiments. Cependant, la densité énergétique de ce système ne dépasse pas 40 Wh.kg^-1 (contre ~ 150 Wh.kg^-1 dans le cas des batteries ‘stationnaires’ Li-ion) du fait de la faible solubilité des sels de vanadium (< 2 M) dans les conditions opératoires.

Un premier objectif de la thèse est d’élaborer deux formulations optimisées, chargées en électrolytes afin d’augmenter la densité énergétique de la batterie. Ceci a consisté d’une part à réaliser diverses mesures (conductivité, masse volumique, viscosité), mettre en place des techniques de caractérisation de poudres (MEB, diffraction laser), et élaborer des procédures d’analyse quantitative des divers éléments de la batterie. De plus, le comportement des électrolytes (posolyte V^(IV)/V^(V) et négolyte V^(II)/V^(III)) dans les conditions de fonctionnement de la batterie a été caractérisé par diverses méthodes électrochimiques. L’idée là étant de comprendre les phénomènes physico-chimiques ayant lieu durant les cycles de charge-décharge de la batterie et déterminer les lois régissant ces processus et essayer de surmonter les limitations éventuelles.

Un second objectif de la thèse est la conception et l’élaboration d’une VRFB, à l’échelle laboratoire, ayant une densité énergétique supérieure à 100 Wh.kg^-1, ainsi que l’optimisation tant que possible de la puissance du réacteur. Des bilans massique et énergétique sont réalisés pour les opérations de charge-décharge sous différentes conditions, afin d’établir les corrélations entre la ‘réponse du système (courant, tension et réversibilité) et les divers paramètres opératoires’. Les conversions ainsi que les rendements faradiques et énergétiques sont évalués et optimisés. 

La thèse intitulée : « Intégration de concepts de gestion de chaîne logistique en boucle fermée (CLSCM) et d’analyse du cycle de vie (ACV) : contribution à l’économie circulaire et application aux batteries au plomb »

Veuillez-vous connecter entre 13h30 – 13h55. Vous serez mis dans la salle d’attente. Merci de bien laisser vos micros et vidéos coupés pendant toute la durée de la soutenance.

https://zoom.us/j/2892032461?pwd=ZlNwWVFMRjFvMHoxL0N2c2pORUJlUT09

ID de reunión: 289 203 2461
Code  acces: CmR4s0

Le jury est composé de :

• Pr. Bruno LACARRIERE , Rapporteur, IMT ATLANTIQUE NANTES
• Pr. Jose Maria PONCE ORTEGA, Rapporteur, UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS HIDALGO
• Pr. Alberto Alfonso AGUILAR LASSERRE, Examinateur, INSTITUTO  TECNOLÓGICO DE ORIZABA
• Pr. Catherine AZZARO-PANTEL, Directrice de thèse, TOULOUSE INP
• Pr. Marie BONNIN, Membre du Jury, POLYTECH ANGERS
• Pr. Pascal MAUSSION, Membre du Jury, TOULOUSE INP
• Pr.  Antonin PONSICH, Membre du Jury, UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA MÉXICO

Résumé

Au cours des dix dernières années, le concept de chaîne d’approvisionnement a évolué vers une approche intégrée prenant en compte simultanément les chaînes d’approvisionnement amont et aval, conduisant à la chaîne d’approvisionnement dite en boucle fermée ( CLSC) utilisée pour améliorer l’utilisation de matériaux provenant de différents processus de fabrication. Malgré les progrès observés dans la gestion et la conception des CLSC, les différentes approches de recherche prennent majoritairement en compte leurs aspects économiques, tandis que les aspects environnementaux sont traités a posteriori ou séparément par analyse du cycle de vie (ACV). La fermeture de la boucle de la chaîne d’approvisionnement conduit généralement à un système plus complexe que la chaîne d’approvisionnement traditionnelle et il est plus que jamais nécessaire de disposer de méthodes quantitatives et de modèles spécifiquement développés et adaptés à la gestion et à l’analyse de la performance  de tels systèmes pour aider les gestionnaires et les professionnels à créer des systèmes en boucle fermée plus efficaces, moins coûteux et durables. L’objectif scientifique général de ce travail consiste à développer une analyse intégrée des concepts de gestion des CLSC et d’analyse du cycle de vie en explorant l’effet miroir qui existe entre ces deux domaines. L’utilisation accrue des batteries au plomb dans les véhicules automobiles, en particulier pour les véhicules électriques, viendra appuyer ces travaux. La formulation du modèle est basée sur une procédure de programmation mathématique linéaire en variables mixtes (MILP) avec une approche multicritère liée à la minimisation des coûts et à l’impact environnemental, prenant en compte cinq échelons (fournisseurs, producteurs, distributeurs, grossistes et détaillants) dans le réseau amont et sept échelons (centres de collecte et de recyclage, élimination des produits, démontage, élimination des matières premières, tiers et recyclage) dans le réseau aval. La stratégie multi-niveaux et multi-périodes implique d’abord d’identifier et de réduire les critères significatifs qui peuvent être utilisés dans la procédure d’optimisation multi-objectifs (dans ce cas, bi-objectifs). Le critère de coût basé sur le coût total de la chaîne d’approvisionnement ainsi que le critère environnemental basé sur le total des émissions de gaz à effet de serre sont apparus comme des critères pertinents à prendre en compte dans la procédure. Ils ont été identifiés à ce niveau comme étant des critères contradictoires justifiant ainsi la mise en œuvre d’une procédure d’epsilon-contrainte.  La première application d’une méthode d’aide à la décision (M-TOPSIS et TOPSIS) a permis d’identifier les configurations candidates de la chaîne d’approvisionnement.  Une analyse du cycle de vie a ensuite été réalisée sur l’ensemble des solutions du front de Pareto afin de mener une analyse multicritère sur l’ensemble des critères de la méthode d’analyse d’impact sélectionnée (Impact 2002+) et le critère de coût.  Cette étape a permis d’identifier des solutions plus intéressantes concernant l’ensemble des critères que celles identifiées au niveau précédent, ce qui justifie la validité de la démarche. D’un point de vue stratégique, cela a nécessité le développement de sous-modules environnementaux pour les blocs de la chaîne d’approvisionnement afin de calculer systématiquement les indicateurs environnementaux à partir de l’extraction de la base de données EcoInvent et des facteurs d’impact de la méthode d’analyse utilisée dans l’étude. Enfin, une étude de sensibilité a montré que pour l’étude de cas (1) une augmentation du pourcentage d’utilisation des matières premières récupérées d’un produit à recycler, (2) une augmentation du taux de récupération, (3) une amélioration du processus de fabrication/refabrication concernant les émissions de GES sont des paramètres particulièrement significatifs pour l’amélioration de la performance de tous les indicateurs.

Les prochaines journées scientifiques du GDR MORPHEA auront lieu les 6 et 7 Octobre 2020. Nous allons autant que possible tenter de maintenir ces journées en présentiel afin de favoriser les discussions. Ces journées se dérouleront dans les locaux du Centre de Recherche et Innovation du Groupe Solvay à Paris-Aubervilliers, sauf si la situation sanitaire ne le permettait pas. Une confirmation sera adressée par mail 72 H avant le début des journées aux participants inscrits.

Le programme est construit autour de conférences plénières, dont vous trouverez la liste ci-dessous, ainsi que de communications orales. Il reste encore quelques possibilités si vous souhaitez faire une communication (20 min exposé + 20 min discussion), merci d’envoyer par retour de mail une proposition de titre + auteurs à l’adresse suivante : christine.frances@ensiacet.fr

Par ailleurs, l’inscription aux journées est gratuite. Les frais de restauration sont pris en charge par le GDR pour tous les participants. Les participants académiques peuvent également bénéficier d’une prise en charge, au moins partielle, des frais de séjour et de mission.

Pour des questions de logistique, l’inscription aux journées est néanmoins nécessaire pour tous les participants, à effectuer impérativement avant le 22 septembre 2020, via le formulaire que vous pouvez retrouver sur le site web http://www.gdr-morphea.cnrs.fr/    ou en suivant directement le lien suivant :

https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfn_x82xSna7Yt96PhTa4xFwbpmrKbD64xd9d-46byoRCPtqQ/viewform?usp=sf_link

Conférences plénières :

06/10/2020 : Sylvaine Neveu, Directrice scientifique Silica, SOLVAY  – “Présentation de Solvay et de ses activités dans le domaine du solide – Impact sur les problématiques de recherche autour des particules et procédés sur les solides”

06/10/2020 : Philippe Villedieu, ONERA –  “Modélisation et simulation numérique d’écoulements gaz-particules en relation avec des applications du domaine aérospatial”

07/10/2020 : Fabrice Lamadie , CEA – “Les diagnostics optiques, des outils performants pour l’étude et la modélisation des systèmes polyphasiques”

The next European Forum on New Technologies on the topic Chemical Engineering in the Plant of the Future.This event created by the European Federation of Chemical Engineering (EFCE) will be organized in September 2020 by SFGP (Journée Cathala-Letort) as two free webinars due to the Covid-19 pandemia

The aim is to offer a one-day event dedicated to new scientific developments where industrialists and academics can exchange views related to a specific chemical engineering challenge.

You will find attached the flyer for the event and I hope you could join it. As you will see, it contains general information and a ‘Save the date’ ; the detailed program with the time slots and the connexion link will be sent out later.

https://efce.info/

Titre de la thèse : Structure and rheology of anisotropic colloids

Vous êtes les bienvenus pour y assister, que ce soit en ligne ou de visu dans le mesure où les gestes barrières peuvent être respectés.

Concernant la visio, merci de respecter ces 2 consignes :

–          Veuillez-vous connecter entre 13h45 et 13h55, passer ce délai vous ne pourrez plus accéder la retransmission.

–          Veuillez couper vos micros et vidéos pendant toute la durée de la soutenance.

Pour participer à la réunion Zoom :

https://us02web.zoom.us/j/89011267199?pwd=YW1BVmJuckxoY0R3cXIrT1prMFV3dz09

Meeting ID: 890 1126 7199
Password: 3zF7Dv

Pour information, il vous sera demandé de vous déconnecté pour la délibération du jury.

Directeurs de thèse:

Yannick Hallez et Martine Meireles

Membres du jury:

Emanuela BIANCHI      University of Vienna                                   Rapporteure

Hugues BODIGUEL      Université Grenoble Alpes                         Rapporteur

Ryohei SETO                Univ. of Chinese Academy of Sciences     Examinateur

Eric CLIMENT               Université de Toulouse                              President

Jeffrey MORRIS            City College of New York                           Examinateur

Yannick Hallez               Université de Toulouse                              Directeur de thèse

Martine Meireles            CNRS                                                        Membre invitée

Résumé:

Les argiles colloïdalles sont des phillosilicates d’hydrure de magnésium (ou d’aluminium) pouvant, de part des substitutions isomorphiques, acquérir une charge négative structurale compensée par la présence de cations au niveau de l’espace interfoliaire ou en surface même du colloïde. Ces nanoparticules ont une forme de palet avec un rapport de forme pouvant varier entre 20 et 100. Les argiles colloïdales en suspension présentent à la fois une anisotropie de forme et de charge. Ces caractéristiques confèrent aux dispersions d’argile des propriétés optiques (argiles ocreuses), mécaniques (fabrication de tuile, enduit) ou même nettoyantes (pouvoir dégraissant) intéressantes.
C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse dont l’objectif est de proposer un modèle de simulation « gros-grains » de particules présentant une anisotropie à la fois structurale et de charge et ainsi d’étudier le comportement à l’équilibre et hors équilibre d’une suspension de particules anisotropes.
Contrairement au modèle Monte-Carlo habituellement utilisé pour modéliser le comportement à l’équilibre d’une suspension de particules anisotropes, le modèle présenté ici tient compte des interactions hydrodynamiques et permet ainsi d’étudier la dynamique du système, que ce soit lors de la formation de structures à l’équilibre ou suite à l’application de force de cisaillement. Les particules sont modélisées à l’aide d’agrégats de sphères contraintes à un mouvement de corps rigide via les équations de la mécanique du solide. La dynamique des agrégats est étudiée à l’aide du code de simulations de type Accelerated Stokesian Dynamics (ASD) et les interactions électrostatiques modélisées suivant le principe d’additivité de paires avec un potentiel de Yukawa.
L’implémentation du modèle à « gros-grain » de particules anisotropes dans le code ASD a ainsi permis d’étudier les structures à l’équilibre et sous écoulement de particules présentant des caractéristiques communes avec la Laponite, une smectite de type 2:1 largement étudiée expérimentalement et numériquement dans la littérature. La réponse rhéologique de ces structures lors de l’application d’un écoulement cisaillant est étudiée, mettant en lumière l’importance du ratio entre les forces électrostatiques et hydrodynamiques au sein de la dynamique du système.

Titre de la thèse : Développement d’un réacteur innovant de type monolithe pour l’hydrogénation sélective des huiles végétales

Vous êtes les bienvenus pour y assister en ligne. En effet, sauf évolution très prochaine des consignes sanitaires, la soutenance ne sera accessible que par visioconférence.

Ainsi, merci de respecter ces 2 consignes :

–          Veuillez-vous connecter entre 9h et 9h25, passer ce délai vous ne pourrez plus accéder la retransmission.

–          Veuillez couper vos micros et vidéos pendant toute la durée de la soutenance.

Pour participer à la réunion Zoom : https://us04web.zoom.us/j/74066432394?pwd=d0dBQkVUN1BOS3BSTVZQUkV2ODVZQT09

ID de réunion : 740 6643 2394

Mot de passe : 0gmKye

Pour information, la retransmission sera coupée durant la délibération du jury, puis reprendra. Le lien restant actif, nulle besoin de vous déconnecter.

Directrices de thèse :

Anne-Marie Billet & Carine Julcour

Membres du jury :

Résumé :

« L’hydrogénation des huiles végétales en réacteur monolithe est étudiée. Cette réaction consiste à convertir les doubles liaisons C=C des acides gras, en présence d’hydrogène et d’un catalyseur. La sélectivité du procédé est cruciale afin de limiter la production de composés totalement saturés et surtout trans liés au développement de maladies cardio-vasculaires. L’obtention de graisses monoinsaturées dites cis est ainsi recherchée.

Les réacteurs de type monolithe sont constitués de canaux millimétriques, certains dédiés à la circulation de fluide caloporteur et les autres sièges de la réaction. Ceci permet un contrôle de la température et un transfert de matière entre phases efficaces. La pertinence de ce type de réacteur est évaluée pour cette application, grâce à des expériences d’hydrogénation d’huile de tournesol en unité pilote. Les résultats sont comparés à des simulations numériques, elles-mêmes basées sur un modèle de viscosité et un modèle cinétique ad hoc. Un bon accord entre les expériences et les simulations est trouvé. Un modèle simplifié, pour le dimensionnement rapide d’un réacteur monolithe et l’optimisation du procédé, est enfin proposé. »

La soutenance de thèse aura lieu le jeudi 16 juillet à 10h à la salle de thèse.

Intitulé de la thèse : « Dissipation d’énergie et caractérisation du mélange dans des réacteurs continus oscillatoires ».

Composition du jury :

• Prof. Giuseppina Montante, University of Bologna, Rapporteur
• Dr. Laurent Falk, LRGP, Université de Lorraine, Rapporteur
• Dr. Claudio Pereira da Fonte, The University of Manchester, Membre
• Dr. Catherine Xuereb, LGC, Toulouse INP, Membre
• Dr. Martine Poux, LGC, Toulouse INP, Membre
• Dr. Joëlle Aubin, LGC, Toulouse INP, Membre
• Prof. David F. Fletcher, The University of Sydney, Invité
• Dr. Sébastien Elgue, Toulouse INP, Invité

Résumé

Cette thèse de doctorat vise à étudier le micro et macromélange dans un réacteur continu à flux oscillatoire (COBR) lors de l’injection d’un composé secondaire dans l’écoulement principal. L’effet de la position de l’alimentation secondaire, l’influence des conditions oscillatoires et de la puissance dissipée sur les performances de macro et de micromélange sont analysés à l’aide de simulations numériques et d’expériences réalisées dans un réacteur commercial OBR Nitech® avec des constrictions lisses.

La dissipation d’énergie est calculée par simulation numérique (CFD) en utilisant deux méthodes différentes – via la dissipation d’énergie visqueuse et par bilan de l’énergie mécanique, cette dernière étant préférée car elle est moins exigeante en terme de nombre de mailles. Un nouveau nombre adimensionnel caractérisant la puissance dissipée est proposé, outil spécifique de prédiction de la puissance dissipée dans les COBRs et indispensable pour l’extrapolation. L’analyse de la qualité spatiale du mélange a montré que, pour une position de la source d’injection correctement choisie, les performances du mélange s’améliorent considérablement en passant de 2% à 87% par rapport au système parfaitement mélangé lorsque le rapport des débits oscillatoire et net augmente. L’influence des conditions oscillatoires et du débit de l’alimentation secondaire sur la qualité du micromélange est analysée. Des amplitudes élevées et des fréquences basses sont préférables aux amplitudes basses et aux fréquences élevées et conduisent à une meilleure performance de micromélange.

Abstract

The focus of this thesis is to study the macro and micromixing performance of a secondary component in the bulk flow and how it should be introduced into a COBR. The effect of the position of secondary feeds, the influence of the oscillatory conditions and power dissipation on the macro and micromixing performance is studied, using numerical simulations and experiments carried out in a commercial Nitech® OBR with smooth constrictions.

Energy dissipation is calculated through CFD simulations using two different ways – via viscous energy dissipation and the mechanical energy balance, the latter being preferred due to its lower demand for a refined computational mesh. A dimensionless power density number is obtained and proposed as a useful tool in the prediction of power density in COBRs. The impact of the position where a secondary feed enters the COBR on the spatial mixing quality is studied, and shows that when the source position is chosen correctly, an increase in the velocity ratio enhances mixing performance from 2% to 87% of the perfectly mixed state. The influence of the oscillatory conditions and flow rate of a secondary feed on the micromixing quality is analysed. Micromixing performance does not appear to correlate directly with power density. However, higher amplitudes and lower frequencies are preferred over lower amplitudes and higher frequencies to have a better micromixing performance. An attempt at characterising macromixing in the COBR experimentally using a coloured tracer was made however unexpected mixing performance was observed. Some preliminary experiments therefore focused on the behaviour of the tracer upstream of the COBR as a function of the oscillatory conditions.

Vendredi 10 juillet à 14H00 en salle des thèses.

Intitulé de la thèse : « Fractionnement au CO2 supercritique en colonne à garnissage : application à l’extraction d’acide acétique en solution aqueuse diluée ».

En raison des mesures strictes liées à la pandémie du Coronavirus, il n’est possible d’assister à la soutenance de thèse qu’en visioconférence (lien zoom ci-dessous). Veuillez vous connecter au lien suivant entre 13h30 et 13H55.

Participer à la réunion Zoom : https://zoom.us/j/95831445411?pwd=UDFsY1B2T1NlVWp0Q1dFdlhMaEsvQT09

ID de réunion : 958 3144 5411

Mot de passe : 964143

Merci de bien laisser vos micros et vidéos coupés pendant toute la durée de la soutenance.

Résumé

L’émergence des bioraffineries dans le paysage industriel français a mis en évidence l’enjeu majeur que constitue la récupération de produits d’intérêt dans les moûts fermentaires, produits tels que, par exemple, les acides carboxyliques. Les procédés de purification classiques telle que la distillation ou l’extraction par solvant présentent des inconvénients qui pourraient être évités par l’utilisation de procédés alternatifs tels que le fractionnement au dioxyde de carbone supercritique (scCO2). Le ScCO2 a déjà été proposé pour la purification de mélanges eau/alcool mais rarement pour celle d’acides organiques. La récupération d’acide acétique (AA) à partir de solutions aqueuses diluées à l’aide d’une colonne en continu à contre-courant avec du scCO2 a été étudiée expérimentalement à l’échelle laboratoire et comparée à une simulation basée sur un modèle d’équilibre et à une simulation utilisant un modèle de non-équilibre. Expérimentalement, les performances se sont avérées faibles par rapport à celles des procédés conventionnels. Cela est principalement lié à la faible valeur du coefficient de partage de l’AA entre le CO2 et l’eau. Le comportement thermodynamique du système AA-CO2-H2O a été étudié avec deux modèles thermodynamiques différents et l’étude a révélé une limitation thermodynamique de la séparation et que seul l’utilisation d’un reflux d’extrait pouvait permettre une augmentation significative des performances de séparation. Les performances de cette configuration avec reflux ont été évaluées par simulation en utilisant le logiciel commercial Prosim Plus, où la colonne est décrite comme un ensemble d’étages théoriques. Enfin, le coût énergétique du procédé de fractionnement avec reflux a été étudié et comparé à celui de la distillation et les deux procédés sont très comparables d’un point de vue énergétique. Cette étude de la récupération de l’acide acétique, un composé modèle dans notre cas, a permis d’évaluer l’intérêt de ce procédé alternatif, le fractionnement supercritique en continu, pour la récupération de composés peu solubles dans le CO2 et très dilués dans l’eau, représentatifs des molécules obtenues par fermentation.

En raison des mesures de santé strictes, il est possible d’assister à la soutenance de thèse uniquement en visioconférence.

La soutenance de thèse aura lieu le mercredi 24/06/2020 à 14h00. Pour obtenir les liens de connexion, contactez Hassan EL ITAWI hassan . elitawi (a) toulouse-inp . fr

Resumé:

Les applications concernées par la micro-encapsulation ne cessent de croître et couvrent des secteurs d’activités industrielles aussi variés que l’agriculture, la pharmacie, l’industrie alimentaire ou encore la cosmétique. Ce travail s’inscrit dans le développement d’un procédé de micro-encapsulation basé sur des gouttes de taille submillimétrique traversant une interface liquide-liquide sous l’influence d’une force extérieure, ici la force centrifuge. L’objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes hydrodynamiques et la dynamique des interfaces avant, pendant et après la traversée d’une interface liquide par une goutte, conduisant à son enrobage. Dans ce but, des approches numériques et expérimentales ont été combinées et complétées par des modèles théoriques. Une méthode numérique résout les équations de Navier-Stokes, discrétisées par une approche en volumes finis, en se basant sur les méthodes « Level-Set » et « Ghost Fluid » pour capturer la dynamique des interfaces en présence et gérer les discontinuités aux interfaces ; elle permet d’accéder au champ de vitesse autour de la goutte déformable lors de la traversée de l’interface. Un dispositif expérimental, permettant de former des gouttes aqueuses de tailles (100-1400 μm) et de forcer leur passage au travers d’une interface liquide grâce à une force centrifuge pouvant atteindre ≈ 2500g, a été conçu afin d’observer toutes les étapes du procédé grâce à une caméra rapide synchronisée avec la rotation de la cellule d’encapsulation, afin d’analyser les conditions de traversée et les différents régimes d’entraînement de fluide. La traversée ou le rebond d’une goutte à l’interface sont fonction de la compétition entre les forces interfaciales, le poids de la goutte et les forces inertielles, et relèvent de phénomènes complexes dépendant de nombreux paramètres adimensionnels. Les deux approches ont permis de définir les conditions de traversée en fonction des nombres adimensionnels pertinents  and Bo₁₃, et de développer une loi d’échelle de la longueur maximale de la colonne se formant pendant la traversée ainsi que du volume d’enrobage de la goutte en résultant. Ce travail a permis de déterminer les conditions optimales, à l’échelle d’une inclusion unique, pour encapsuler une goutte selon ce procédé, condition préalable au développement d’un pilote industriel associé à une production en continu.

Mots-clés : encapsulation, écoulement multiphasique, traversée d’interface, méthode « Level-Set », goutte.

Les 34^èmes Journées de l’Innovation et de la Recherche pour l’Enseignement de la Chimie (JIREC2020), placée sous l’égide de la Division Enseignement et Formation de la Société Chimique de France, auront lieu du 17 au 20 mars 2020 à Toulouse.
La spécificité et l’intérêt des JIREC, c’est l’opportunité de rassembler sur un même lieu des enseignants de chimie de tous horizons, du lycée (enseignement général et technologique, BTS et classes préparatoires) à l’université (y compris IUT et écoles d’ingénieurs) et de proposer des temps d’échanges entre les participants autour de projets pédagogiques.
Le thème choisi pour cette édition s’intitule « Chimie de synthèse et Synthèses en chimie » et s’articule autour de trois questions :

• Quelles sont les approches innovantes en synthèse aujourd’hui ?
• Comment enseigner la synthèse aujourd’hui ?
• Comment enseignants et/ou élèves font des synthèses au sens général ?

Le programme comprendra d’une part des conférences plénières et des contributions des participants sous forme de communications orales, posters ou ateliers, et d’autre part des temps informels et conviviaux.
Inscrivez-vous et n’hésitez pas à répondre à l’appel à contributions pour présenter vos projets pédagogiques !
Pour cela, retrouvez toutes les informations relatives à ces journées :
http://www.societechimiquedefrance.fr/JIREC-2020-a-Toulouse.html

«Evaluation de la nanofiltration pour l’extraction d’acides gras volatils produits par fermentation».

Le jury sera composé de :

• Romain KAPEL (Université de Lorraine), Rapporteur
• Mme Violaine ATHèS (AgroParisTech, Paris), Rapporteure
• Mme Claire DUMAS (TBI, Université de Toulouse), Examinatrice
• Mme Anne-Cécile VALENTIN (Aquasource General Manager, SUEZ), Examinatrice
• José LUIS CORTINA (Université Polytechnique de Catalogne, Espagne) Examinateur
• Mme Hélène ROUX-DE BALMANN (LGC, Université de Toulouse), Directrice de thèse
• Sylvain GALIER (LGC, Université de Toulouse), Co-directeur de thèse

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“Evaluation of nanofiltration for the extraction of Volatile Fatty Acids from fermentation broth“.

Résumé/Abstract

Nanofiltration (NF) is a pressure-driven membrane process used for liquid-phase separation, which is promising for biomass separation and purification. In this work, two NF membranes (NF-45 and XLE) are used for the separation and valorization of volatile fatty acids (VFAs), one kind of useful chemical building blocks, from fermentation broth produced using municipal solid waste.

The objective of this work is to investigate NF process for the separation and purification of VFAs from fermentation broth. Experiments are carried out with synthetic solutions with increasing complexities, from single, binary and ternary solutions of VFAs, i.e., acetic (Ac), propionic (Pr), and butyric acid (Bu), to mixed solutions containing VFAs and inorganic salts at different compositions. The influence of ionic composition as well as of the solution pH on the transfer of the solutes are discussed. Then, a real fermentation broth containing three VFAs, inorganic ions and organic matters is also investigated.

For synthetic solutions containing dissociated VFAs (pH 8), it is observed that for a given VFAs proportion in the feed, regardless of the total concentration, the proportion of VFAs in the permeate remains constant when the filtration flux is higher than a specific value. From the perspective of mass transfer, this observation means that in a mixed solution, the individual charged solute transfer is controlled by the total amount of charge transferred through the membrane. Indeed, it is found that the individual VFA flux increases linearly with the total solute flux and does not depend on the total concentration but only on the VFAs proportions in the feed.

More complex solutions containing VFAs with the addition of three inorganic salts (Na₂SO₄, NaCl, and CaCl₂) are further investigated. Again, constant permeate proportions for organic and inorganic solutes (anions as well as cations) are observed for a given feed proportion, when the filtration flux is higher than a certain value. Then, it is concluded that, for any couple of VFAs (Ac/Pr, Pr/Bu, or Ac/Bu), the plateau value of the relative proportion of the individual VFA in the permeate is nearly fixed by its proportion in the feed, for all the conditions investigated. This conclusion can be extended to couples of VFAs/inorganic anions and couples of cations.

Solution pH significantly changes the retention of VFAs and the permeate proportion of VFAs. A model to describe the VFAs retention versus pH is presented. It is shown that the model can describe the retention of VFAs versus solution pH by considering an increase of the VFAs pKa values by about 1.2 units or a membrane effective pKa value of about 5.4 to 5.8.

Finally experiments are carried out with a real fermentation broth. It is observed that whatever charged or uncharged solutes, even for unknown organic matters in the real fermentation broth, a constant proportion in permeate is observed when the filtration flux is higher than a certain value. This observation indicates that the plateau value could be related to the nature of solutes and membranes, and this method could be used to compare the separation performances of different membranes. Separation factor is used to characterize the separation performance of the two membranes on the real fermentation broth. The separation factors between VFAs in the real fermentation broth are higher than those obtained with synthetic solutions, indicate that there are additional parameters that could influence the separation performance of the nanofiltration process. The NF-45 membrane can more efficiently change the VFAs proportion in the permeate, Ac and Pr are greatly enriched in the permeate, while Bu is enriched in the retentate. The XLE membrane has a very high VFAs retention (>95%), it can change the proportion of VFAs and other organic matters (OM) in the permeate, and can be used to concentrate the VFAs fermentation broth and remove the hindering organics such as ethanol.

Thèse intitulée “Mécanismes de décolmatage de membranes fibres creuses en traitement des eaux: Flux critique de rétrolavage et déformation de la membrane pour une amélioration de l’efficacité du rétrolavage“.

La soutenance aura lieu le Lundi 16 Mars 2020 à 10h30 en amphi Concorde (Bâtiment U4, Campus Paul Sabatier).

Les membres du jury sont :

Rapporteurs:

-Pr. Philippe Moulin (Aix-Marseille Université)

-Pr. Murielle Rabiller-Baudry (ISCR, Université de Rennes)

Examinateurs:

– Pr. Christelle Guigui (TBI, INSA Toulouse)

– Pr. Patrice Bacchin (LGC, Université Toulouse)

– Pr. Marc Heran (IEM, Université de Montpellier)

Invité:

– François Beaume (Arkema)

Directeur de thèse:

– Pr. Jean-Christophe Remigy (LGC, Université de Toulouse)

Résumé de la thèse:

Des membranes fibres creuses d’ultrafiltration Kynar® PVDF possédant diverses caractéristiques (perméabilité et propriétés mécaniques) ont été sélectionnées pour étudier les mécanismes de décolmatage dans le cas de filtration de suspensions modèles (dépôt de bentonite ou d’acide humique). L’objectif de ce travail est d’améliorer l’efficacité du rétrolavage en optimisant les matériaux et les conditions opératoires dans le but de réduire le coût énergétique de cette opération. Des mesures expérimentales sous caméra ont permis d’étudier la déformation de la surface externe des fibres creuses lors des opérations sous pression. Ces déformations qui peuvent atteindre 15% lors des étapes de rétrolavage ont été modélisées par la déformation mécanique d’un tube cylindrique à paroi épaisse sous pression.

L’étude expérimentale du taux d’élimination de dépôt de bentonite, fonction de la pression de rétrolavage et des différentes membranes ou suspension filtrée, a permis de montrer l’existence d’un flux critique de rétrolavage pour lequel l’efficacité maximum est atteinte. En revanche, le détachement des dépôts d’acide humique qui sont plus adhérant et responsable d’un colmatage irréversible, n’est pas impacté par le flux de rétrolavage mais semble être affecté par la forte déformation (>10%) de surface externe de la fibre. Les mécanismes de décolmatage des dépôts lors du rétrolavage sont donc liés aux contraintes mécaniques (contrainte normale et de cisaillement) s’exerçant à l’interface dépôt-membrane.

Thesis abstract:

Kynar® PVDF ultrafiltration hollow fiber membranes with various properties (permeability and mechanical properties) were selected for the study of fouling removal mechanisms in the case of model suspension filtrations (bentonite and humic acid cake). The aim of this project is to improve backwash efficiency by optimizing materials and operating conditions for an energy-efficient backwash process.

The deformation of the external surface of the hollow fiber during pressure operations was measured under camera. The deformation, which can reach 15% during backwash, was numerically calculated using a mechanical deformation model of a thick-walled cylinder under pressure.

The experimental study of the bentonite cake removal percentage, as a function of backwash pressure and the different membranes or feed suspension, showed the existence of a critical backwash flux from which the backwash reached its maximal efficiency. However, detachment of humic acid cake, which is more adherent and causes irreversible fouling, is not affected by the backwash flux but seems to be affected by the strong deformation of external surface of the hollow-fiber (>10%). Mechanisms of cake removal during backwash are therefore linked to the mechanical stresses (normal and shear stress) acting at the cake-membrane interface.

Les prochaines JA du GdR TherMatHT, co-organisées par le LGC et le CIRIMAT, auront lieu à Toulouse les 23 et 24 janvier 2020. Le site web des JA 2020 est désormais ouvert et vous permettra de vous inscrire et déposer vos résumés :

https://thermatht7.sciencesconf.org

Date limite d’inscription et de dépôt des résumés : 30 novembre 2019

Pour cette 7ième édition, nous proposons à ceux qui le souhaitent la possibilité de doubler les présentations orales par une affiche, pour favoriser encore plus les échanges…

Développement de nouvelles voies de synthèse de molécules actives : Matériaux innovants : Valorisation de produits naturels et connaissance des milieux vivants : Nouveaux capteurs et outils de détection et contrôle : Outils du process system engineering

Inscriptions ici (inscription gratuite mais obligatoire)

Téléchargez le programme

Soutenance de thèse de Juliano Schorne Pinto le 22 janvier à 10h30

« Étude expérimentale et modélisation thermodynamique de systèmes de delafossite à base de cuivre »

Résumé

Ce travail de thèse est consacré aux propriétés thermodynamiques des phases ternaires CuFeO2 et CuCrO2, à structure delafossite, avec pour objectif final d’établir un diagramme de phase pour le quaternaire de même structure, le système Cu-Fe-Cr-O. Cette thèse est réalisée au moyen d’une collaboration entre les laboratoires CIRIMAT et LGC de Toulouse. L’objectif est de décrire les équilibres de phases et les propriétés thermodynamiques des phases de type delafossite CuMO2, d’intérêt pour de nombreux domaines d’application. La base de données s’appuie sur des modèles des binaires et du ternaire Cu-Fe-O provenant de la littérature qu’il a fallu modifier pour en assurer la cohérence. Dans le cas du système Cu-Cr-O, un modèle complet pour le ternaire a été développé pour la première fois.

La modélisation thermodynamique avec le logiciel FACTSAGE a été effectuée en collaboration avec le laboratoire de P. Chartrand (CRCT Montréal). Pour alimenter ces modèles, de nombreuses techniques expérimentales ont été mises en œuvre : le frittage par SPS, la diffraction des rayons X à haute température et la méthode Rietveld, l’Analyse Thermique Différentielle et thermogravimétrique, la calorimétrie de chute en collaboration avec M. Lomello (SYMMME, Annecy) et la DSC (coll. P. Benigni à l’lM2NP, Marseille). Ces études ont permis de compléter les données manquantes sur les propriétés thermodynamiques du composé CuCrO2 ainsi que sur les températures de transition de phase et les domaines de stabilité de ces phases dans les diagrammes Cu-Fe-O et Cu-Cr-O sous air. Une étude spécifique a été menée pour élucider certains points restant en suspens, comme la possible non stœchiométrie des phases delafossite CuMO2.

Jury

Antoine MAIGNAN, DR CNRS,CRISMAT, Caen                                    Rapporteur

Christine GUÉNEAU, DR CEA LM2T, Saclay                                           Rapportrice

Jacques POIRIER PR Univ. Orléans CEMHTI, Orléans                        Examinateur

Catherine COLIN PR Toulouse INP IMFT, Toulouse                           Examinatrice

Alexander PISCH CR CNRS – SIMAP, Grenoble                                    Invité

Jacques LACAZE DR CNRS CIRIMAT, Toulouse                                    Invité

Laurent CASSAYRE CR CNRS LGC, Toulouse                                         Co-directeur de thèse

Antoine BARNABÉ PR, Univ. Toulouse III CIRIMAT, Toulouse        Directeur de thèse

La prochaine édition des Master Classes du laboratoire sera organisée les 14, 15, 16, 21 et 22 janvier 2020 à partir de 16h30.  Ces Master Classes sont conçues pour être accessibles au plus grand nombre: elles sont donc ouvertes à tous et reconnues par les Ecoles Doctorales.

Cette année, Pascal Floquet a réuni une super équipe pour composer un programme couvrant les meilleures méthodes de calcul par ceux qui, au laboratoire, les connaissent, les pratiquent et les enseignent tous les jours. Voici quelques sujets qui seront couverts lors de cette “classe” pour vous permettre de vous lancer ou d’approfondir vos connaissances …et de connaître les spécialistes du laboratoire capables de vous aiguiller dans vos travaux :

• Résolution d’équations aux dérivées partielles
• Recherche opérationnelle, méthodes d’optimisation
• Traitement d’images
• Bilans de populations
• Soutien au calcul Scientifique et outils de « versioning »
• Traitement statistique des données expérimentales/Sensibilité/Identification paramétrique
• Contrôle optimal
• Méthodes spécifiques de l’intelligence artificielle

Comme tous les ans, chaque classe se terminera autour d’un verre pour poursuivre les discussions de manière sympathique.

Soutenance de thèse aura lieu mercredi 18 décembre à 10h00 à l’amphithéâtre jaune de l’IUT du Mans.

La thèse s’intitule : “Synthèse, caractérisations et évaluation de l’activité bactéricide de composés inorganiques à base de cuivre”

Le jury sera composé de :
Pr. Sophie GANGLOFF, Rapportice, Université de Reims Champagne-Ardenne
Pr. Christine TAVIOT-GUEHO, Rapportrice, Université Clermont-Auvergne
Dr. Thibaud CORADIN, Examinateur, Sorbonne Université
Dr. Gwenaël CORBEL, Directeur de thèse, Le Mans Université
Pr. Christine ROQUES, Co-directrice de thèse, Université Paul Sabatier
– Toulouse III
Pr. Alain BULOU, Invité, Le Mans Université
Pr. Christèle COMBES, Invitée, INP ENSIACET, Toulouse

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Batiste CLAVIER
Doctorant à l’Institut des Molécules et Matériaux du Mans (IMMM CNRS 6283)
Equipe Oxydes et Fluorures
Avenue Olivier Messiaen
72085 Le Mans Cedex 9

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Résumé de la thèse en français :
Les bactéries pathogènes responsables des infections associées aux soins posent des problèmes permanents et croissants dans les établissements de santé. En France, les bactéries Escherichia coli et Staphylococcus aureus sont responsables de plus de 40% de ces infections. Face à l’adaptation permanente de ces bactéries aux nouveaux antibiotiques mis sur le marché, des solutions
complémentaires doivent être trouvées.
Une des solutions proposée dans ce travail de thèse vise à exacerber les performances de composés bactéricides connus (effet de synergie) ou à procurer des propriétés bactéricides à des composés inactifs en
substituant partiellement des ions magnésium par les ions cuivriques ou vice versa. De nouvelles solutions solides ont ainsi été découvertes. Des réactions dans l’état solide, la co-précipitation, la
voie hydrothermale ou la mécanosynthèse ont été employées pour synthétiser des particules de taille micro- ou nanométrique des composés désirés. Une fois obtenues, la Diffraction des Rayons X, les Microscopies Electroniques, l’adsorption de diazote, les spectroscopies IR/UV-visible, l’Analyse ThermoGravimétrique couplée à la Spectrométrie de Masse et la Spectrométrie d’Emission Atomique ont été utilisées afin de déterminer la nature, la composition et la taille de ces particules ainsi que leur stabilité dans l’eau ou sous
une atmosphère riche en CO2. L’évaluation des propriétés bactéricides dans l’eau et à 20°C révèle que la substitution partielle du magnésium par le cuivre accroît l’activité des composés à la fois en termes d’amplitude et de cinétique. Ces performances accrues ne sont pas nécessairement liées à la teneur en cuivre dans le composé actif.

Abstract in english :
Bacterial pathogens causing healthcare-associated-infections pose ongoing and increasing challenges to care facilities. In France, Escherichia coli and Staphylococcus aureus are responsible for more
than 40% of these infections. Due to the permanent adaptation of these bacteria to new antibiotics placed on the market, complementary solutions must be found.
One of these solutions proposed in this thesis work aims to exacerbate performances of known bactericidal materials (synergistic effect) or to provide bactericidal properties to non-active compounds by
partially substituting magnesium ions by cupric ones or vice versa. New solid solutions were thus highlighted. Solid state reaction, co-precipitation, hydrothermal routes or mechanosynthesis were employed to synthesize micrometer-sized or nanometer-sized particles of those desired compounds. When obtained, X-Ray Diffraction, electron microscopies, dinitrogen adsorption, IR/UV-visible spectroscopies,
ThermoGravimetric Analysis-Mass Spectrometry and Atomic Emission Spectroscopy are used to determine the nature, composition and size of those particles as well as their stability in water or CO2 rich
atmosphere. The evaluation of bactericidal properties in water and at 20°C showed that the partial substitution of magnesium by copper enhances the activity of compounds both in terms of magnitude and
kinetics. These increased performances are not necessarily related to the copper content in the active compound.

“Élaboration d’un capteur électrochimique basé sur une interface mixte film de diazonium/nanoparticules  d’or pour la détection des traces de mercure dans les eaux naturelles“.

La soutenance aura lieu le Mardi 17 Décembre 2019 à 10h à l’amphi 2 de la MRV.

Membres du jury :

• Alexander KUHN, Professeur des Universités à l’ENSCBP, Institut des Sciences Moléculaires, Bordeaux  Rapporteur
• Mme. Ciara O’SULLIVAN, Professeur à l’Université Rovira i Virgili (URV), Catalan Institution for Research and Advances Studies, Tarragone, Rapporteur
• Philippe HAPIOT, Directeur de Recherches CNRS,  Institut des Sciences Chimiques de Rennes, Université de Rennes 1. Examinateur
• Mme. Catherine AMIENS, LCC, Professeur à l’Université Toulouse III – Paul Sabatier, Laboratoire de de Chimie de Coordination. Examinatrice
• David EVRARD, Maître de Conférences HDR, Laboratoire de Génie Chimique, Université Toulouse III –  Paul Sabatier.  Co-directeur de thèse
• Mme. Martine MEIRELES, Directrice de Recherches CNRS, Laboratoire de Génie Chimique, Université Toulouse III –  Paul Sabatier Co-directrice de thèse

Résumé de la thèse:

Le mercure est un métal toxique provenant des rejets industriels et des émissions naturelles. Ayant la propriété de s’accumuler dans les organismes vivants, il est présent dans tous les éléments de la chaîne alimentaire. Il est à l’origine de nombreuses maladies rénales, respiratoires, nerveuses et peut même entraîner la mort à hautes doses. Il est donc nécessaire d’assurer un suivi continu du niveau de pollution dans les eaux naturelles. Les techniques spectroscopiques classiques utilisées actuellement permettent de détecter le Hg(II) à des faibles concentrations mais elles sont souvent coûteuses et complexes, d’où le besoin de développer d’autres techniques plus simples pour un suivi en temps réel.

Dans ce contexte, les capteurs électrochimiques se distinguent comme une excellente alternative, simple et peu coûteuse, pour les mesures in situ. L’objectif de ces travaux est le développement d’un capteur électrochimique basé sur la fonctionnalisation d’une électrode de carbone vitreux (CV) par des nanoparticules d’or (AuNPs) utilisées pour améliorer la sensibilité et la sélectivité du capteur. En premier lieu, les AuNPs ont été électrodéposées sur une électrode de carbone vitreux modifiée avec des couches organiques. Les interfaces mixtes ainsi obtenues ont été caractérisées par diverses méthodes électrochimiques (sondes redox, activation électrochimique en milieu acide) et microscopiques (MEB, AFM). Ensuite, les performances analytiques du capteur ont été évaluées par la détection de différentes concentrations de Hg(II) par redissolution anodique à vague carrée (SWASV). L’interface a ainsi permis de doser des concentrations de l’ordre du nM et du pM. Par ailleurs, une étude de la sélectivité a été menée en présence de plusieurs cations métalliques. La stabilité du capteur a également été étudiée après un stockage de plusieurs semaines dans 3 milieux de stockage différents : air, HCl et tampon phosphate. Enfin, des tests de détection ont été réalisés dans des échantillons d’eaux naturelles de diverses provenances.

 « Procédé de co-atomisation séchage pour l’encapsulation d’un principe actif au sein de nanoparticules de silice mésoporeuse ».

Le jury est composé de :

• Khashayar SALEH (Université de Technologie de Compiègne, TIMR-EA 4297), Rapporteur
• Julien CAMBEDOUZOU (Université de Montpellier, IEM), Rapporteur
• Jérémy SOULIÉ (Toulouse INP, CIRIMAT) , Examinateur
• Mme Christine MÉNAGER (Sorbonne Université), Examinatrice
• Mme Christine FRANCES (Toulouse INP, LGC), Directrice de Thèse
• Mme Mallorie TOURBIN (Toulouse INP, LGC) , Co-directrice de Thèse
• M Fabien BROUILLET (Université de Toulouse 3 – Paul Sabatier, CIRIMAT), Invité.

Résumé de la thèse :

Les nanosystèmes à visée biomédicale sont de plus en plus étudiés en tant qu’outil thérapeutique pour la délivrance contrôlée de substances actives. Grâce à leurs propriétés de surface, leur morphologie, leur réseau poreux organisé ainsi que leur biocompatibilité, les nanoparticules de silice mésoporeuse de type MCM-41 (notées MSN) font partie des nanovecteurs les plus répandus. Leur synthèse et leur fonctionnalisation externe/interne ont été largement étudiées ainsi que leurs propriétés biologiques. Néanmoins, les procédés conventionnels de charge en molécules actives de MSN, comme l’imprégnation, ne présentent pas une efficacité de charge suffisante et sont difficiles à envisager à l’échelle industrielle. Pour surmonter ces limitations, nous avons mis en place un procédé innovant de co-séchage par atomisation pour les MSN, utilisant le Nano Spray Dryer B-90. L’ibuprofène a été choisi comme molécule modèle en raison de ses propriétés physico-chimiques, dont son caractère très faiblement hydrosoluble, de sa taille moléculaire et de la littérature abondante associée. Des techniques complémentaires, telles que DLS, MEB, MET, SAXS, RMN du solide, Adsorption d’azote, ATG/ATD, … etc ont été utilisées pour effectuer une caractérisation multi-échelle des particules chargées. Les poudres séchées par atomisation ont été analysées du point de vue de la taille et de la morphologie des agrégats de MSN formés lors de l’atomisation, de la charge des pores et de la conformation de l’ibuprofène et de ses interactions avec la silice.

La caractérisation de poudre atomisée dans des conditions considérées comme référentes prouve que l’ibuprofène se charge dans les pores des MSN et se trouve dans un état qualifié de pseudo-liquide au sein du réseau, interagissant de manière non préférentielle avec la matrice de silice. Un mécanisme de charge en deux étapes a été proposé. Une première étape de charge au sein de la suspension initiale résulte de l’équilibre entre les molécules d’ibuprofène libres en solution et celles physisorbées à l’intérieur des pores des MSN. La seconde étape est réalisée au cours du séchage provoquant l’évaporation du solvant et la diffusion des molécules d’ibuprofène libres dans le réseau de pores. Le rapport massique ibuprofène/silice dans la suspension initiale affecte fortement la localisation (dans les mésopores ou en dehors) et l’état physique (cristallisé, amorphe ou pseudo-liquide) de l’ibuprofène. La quantification de chacune de ces phases a permis de calculer des taux de charge précis. Ainsi, pour des ratios élevés en ibuprofène dans la suspension initiale, il a été démontré que le remplissage des pores continue de s’exercer, alors même que de l’ibuprofène cristallin se forme à l’extérieur des pores. L’augmentation du taux de remplissage des pores s’accompagne dans ce cas d’une densification de l’ibuprofène dans le réseau poreux, passant d’un état pseudo-liquide à un état amorphe.

La concentration initiale en solide dans la suspension ainsi que la composition du solvant modifient la densité des agglomérats de MSN. En outre, les paramètres liés au procédé : la taille des pores de la buse d’atomisation, le débit de suspension d’alimentation, la température et le débit du gaz sécheur ont un effet moindre sur la charge en principe actif mais impactent la taille, la morphologie et la densité des agglomérats, ainsi que le rendement de récupération de la poudre en fin d’opération. Ces effets résultent de l’influence de ces paramètres sur la composition des gouttes formées par la buse d’atomisation et sur la cinétique de séchage. Une étude préliminaire a permis d’évaluer les propriétés de libération des MSN chargées et de mettre en évidence une libération rapide et complète de l’ibuprofène encapsulé.

Procédé innovant utilisant le CO2 haute pression pour la modification et la fonctionnalisation de phosphates de calcium ».

Résumé du projet de thèse
Les substituts poreux d’HA/βTCP sont des substituts osseux largement utilisés aujourd’hui. Cependant ces matériaux céramiques, obtenus à haute température, présentent une surface lisse et peu réactive qui limite leur bioactivité. Le travail présenté se propose de modifier les substituts poreux classiquement utilisés afin d’en améliorer la bioactivité par un remaniement chimique et structural de surface grâce à un procédé utilisant un milieu aqueux acidifié par du CO2 porté à haute pression. L’objectif est ici d’évaluer l’intérêt de ce procédé pour produire un revêtement d’une nouvelle phase de phosphate de calcium (CaP) dont la composition chimique est plus proche de celle de la phase minérale de l’os comme de l’apatite carbonatée mal cristallisée déficiente en ions calcium ou d’autres phases intermédiaires d’intérêt. Dans un second temps, la possibilité d’utiliser ce même procédé pour intégrer des éléments actifs au sein des phases nouvellement créées a été évaluée. Le travail a été réalisé à partir de phosphates de calcium sous forme de poudres d’une part (HA, amTCP et un mélange massique d’HA/amTCP) et de cubes poreux d’autre part (Ceraform®, HA/βTCP 65/35). Différentes techniques de caractérisation ont été utilisées ici afin d’identifier les phases en présence et évaluer les différences morphologiques induites par le traitement : DRX, spectroscopies FTIR et RAMAN, MEB, porosimétrie à Mercure et mesures de surface spécifique (BET Krypton). Les tests réalisés à partir de poudres ont permis de mettre en évidence que ce procédé induit un phénomène de dissolution, principalement de l’amTCP lorsqu’il est présent, et la précipitation de nouvelles phases correspondant à un mélange de phosphate octacalcique (OCP) et d’une apatite carbonatée mal cristallisée (PCCA) incluant un processus de maturation de l’OCP en PCCA. Les tests effectués sur substituts céramiques poreux ont mis en évidence la formation, dans certaines conditions de pression, température, durée de traitement et rapport liquide/solide, d’un revêtement homogène créant une nano-porosité de surface. La possibilité d’intégrer des éléments connus pour leur activité biologique tels que le Zinc, le l’Argent, le Cuivre et le Strontium au sein du revêtement, pendant sa formation, a ensuite été examinée. Des techniques de caractérisation similaires ont été mises en œuvre et ont été complétées par des mesures EDX, ICP ainsi que de tests de libération. L’influence de la nature de l’espèce ionique choisie sur l’intégrité et la morphologie du revêtement a été considérée. Ainsi le zinc et le cuivre ont montré une tendance à inhiber la précipitation de nanocristaux. D’autre part des tests de libération ont permis de montrer que différents mécanismes pourraient être impliqués dans le relargage des espèces ioniques bioactives en lien avec la localisation de ces dernières : dans la structure cristalline ou dans la couche labile des phosphates de calcium précipités mais aussi dans d’autres phases. L’ensemble des résultats obtenus dans cette étude montre que ce procédé de traitement original, en une seule étape, et compatible avec les applications biomédicales, se montre prometteur pour modifier et fonctionnaliser des substituts osseux constitués de céramique poreuse en vue d’augmenter leur bioactivité.

Résumé du projet de thèse en anglais:
Nowadays, HA / βTCP porous scaffolds are widely used as bone substitutes. However, the smooth and unreactive surface of these ceramic materials obtained by high temperature sintering, limits their bioactivity. The target of the present study is to propose a process involving an aqueous medium acidified by high pressure CO2 in order to modify such commercial porous scaffolds by improving their bioactivity, through chemical and structural surface modifications. The objective is firstly to investigate in what extent this process is able to produce a coating made of a new phase of calcium phosphate (CaP), whose chemical composition is closer to that of the mineral phase of natural bone, as well as of a poorly calcium ions deficient crystallized carbonate apatite or other intermediate phases of interest. In a second step, the possibility of using this same process to integrate active elements within the newly created phases has been evaluated. The work was carried out using powders of calcium phosphates on one hand (HA, amTCP and a HA/amTCP mixture) and porous cubic scaffolds on the other hand (Ceraform®, HA/βTCP 65/35 %w/w). Various characterization techniques have been used for new phases identification and evaluation of morphological differences induced by the treatment: XRD, FTIR and RAMAN spectroscopy, SEM, Mercury porosimetry and specific surface measurements (BET Krypton). Experiments from powders made it possible to demonstrate that this process induces a phenomenon of dissolution, mainly of amTCP when it is present in the raw material, and precipitation of new phases corresponding to a mixture of octacalcic phosphate (OCP) and a poorly crystallized carbonate apatite (PCCA), including a process of OCP maturation into PCCA. Experiments carried out on porous ceramic scaffolds evidenced the presence, at the end of the process, and depending on pressure, temperature, treatment time and liquid / solid ratio conditions, of a homogeneous nano-porous surface coating. The possibility of co-integration into the coating of biologically active elements such as Zinc, Silver, Copper and Strontium, was then examined. The same methods were used to characterize the materials, with EDX, ICP analyses and release assays as supplementary characterization tools. Influence of the nature of active elements on the coating integrity and morphology was considered. Thus, the precipitation of nanocrystals has been shown to be partially inhibited by zinc and copper. On the other hand, release tests of bioactive species have evidenced several mechanisms that could be related to their localization into the material: crystalline structure, labile layer of precipitated calcium phosphates, or other new phases. Results obtained in this study show that this original, one-step treatment process, compatible with biomedical applications, is a promising way to modify and increase bioactivity of porous ceramic scaffolds.

Le jury est composé de :

M. Pierre LAYROLLE, Rapporteur

M. Jean-Christophe HORNEZ, Rapporteur

Mme Florence BARRERE DE GROOT, Examinatrice

M. Jacques FAGES, Examinateur

Mme Sophie CAZALBOU, Co-directrice de thèse

Mme Séverine CAMY, Co-directrice de thèse

M. Stéphane GONCALVES, invité

Interactions, structuration et phénomènes de transport dans les dispersions colloïdales

Membres du jury :

Elisabeth Lemaire, INPHYNI, Université Nice-Sophia Antipolis (rapporteure)
Emmanuel Trizac, LPTMS, Université Paris-Sud (rapporteur)
Robert Botet, LPS, Université Paris-Sud (rapporteur)
Stéphane Pezennec, STLO, INRA Rennes, (examinateur)
Jeffrey Morris, Levich Institute, City University of New York (examinateur)
Christophe Mingotaud, IMRCP, Université de Toulouse (examinateur)
Martine Meireles, LGC, Université de Toulouse (Marraine)

Adsorption des protéines sur les surfaces de couches minces de silice seules ou additivées de nanoparticules d’argent : impact sur les forces d’adhésion de Candida albicans

Composition du jury :

Mme Marie-Noëlle BELLON-FONTAINE, Professeure à l’AgroParisTech  (rapporteure)

M. Gaétan LAROCHE, Professeur à l’Université Laval, Québec (rapporteur)

Mme Nathalie TARRAT, Chargée de Recherche au CNRS (examinatrice)

M. Philippe TEULET, Professeur à l’Université Paul Sabatier (examinateur)

M. David RUCH, Directeur de Recherche au LIST, Luxembourg (examinateur)

Mme Lamia DREIBINE, Expert LIEBHERR-AEROSPACE (invitée)

Mme Christine ROQUES-CESCHIN, Professeure à l’Université Paul Sabatier (Directrice de thèse)

Mme Kremena MAKASHEVA, Directrice de Recherche au CNRS (Directrice de thèse)

Mots-clés :      DsRed, protéines, Couche mince de SiO₂, NPAg, procédé plasma, SAB, Fn

Résumé : 

Dans de nombreux secteurs, l’adhésion microbienne sur les surfaces est la source de multiples impacts négatifs. Cette étape est considérée comme préliminaire au développement de biofilm et peut être influencée par la présence d’un film conditionnant engendré par l’adsorption des protéines sur la surface. Ainsi, les stratégies visant une intervention au moment de la phase initiale d’adhésion représentent une approche appropriée pour prévenir la bio-contamination des surfaces et nécessitent une compréhension à l’échelle moléculaire. Dans ce contexte, les matériaux nanocomposites à base de nanoparticules d’argents (AgNPs) et de silice (SiO2) apparaissent comme des outils pertinents.

Ce travail de thèse porte sur l’utilisation de substrats nanocomposites possédant une monocouche d’AgNPs exposées à leurs surfaces ou enterrées dans une matrice de SiO2plasma à une distance contrôlée de quelques nanomètres de la surface afin d’explorer, d’une part l’adhésion de protéines modèles (Sérum Albumine Bovine, DsRed et Fibronectine) et leur changement conformationnels et d’autre part, la cinétique de détachement de la levure Candida albicans dans les différentes conditions. Les AgNPs sont bien connues pour leurs activités antimicrobiennes et présentent de plus, des propriétés optiques permettant de détecter des signatures moléculaires à leurs proximités.

Suite à l’application de la spectroscopie Raman exaltée de surface en utilisant les couches nanocomposites à base d’AgNPs, la détection de trois conformations de la DsRed (protéine fluorescente rouge) adsorbée et déshydratée sur les substrats plasmoniques a été possible. Les résultats obtenus montrent que les changements conformationnels des protéines avec une forte cohérence interne sont réversibles. En parallèle, nous avons évalué la dynamique d’organisation et le comportement de la SAB, de la Fn et de la DsRed en contact avec des couches minces de silice ou additivées d’AgNPs.Les mesures des angles de contact des gouttelettes de différentes concentrations protéiques ont montré une interaction hydrophile croissante avec la SiO₂^th. L’hydrophobicité de surface est modifiée pour les substrats nanocomposites. L’épaisseur et les propriétés optiques des couches protéiques adsorbées ont été évaluées par ellipsométrie spectroscopique. En fonction de la concentration de protéines dans solution les résultats montrent l’évolution d’une monocouche protéique non continue et non dense vers une monocouche plus compacte et plus complexe pour des concentrations élevées. Les images obtenues par microscopie en champs proche ont révélé une organisation protéique sous la forme d’un réseau de type « dentelle » avec la SAB, des structures de type « tiges » avec la DsRed et de type « ramifications » pour la Fn. Les informations obtenues par spectroscopie infrarouge suggèrent une conservation de la structure secondaire des protéines.

Enfin, l’influence des AgNPs sur l’adhésion de C. albicans a été quantifiée in vitro en utilisant une méthode hydrodynamique permettant l’application de très faibles contraintes de cisaillement. Une adhésion marquée et maintenue en présence des AgNPs exposées à la surface a été observée. L’interaction avec des AgNPs enterrées à quelques nanomètres de la surface conduit à une forte diminution de l’adhésion de C. albicans. La présence d’une couche mince de SAB ou de Fn sur les différents nanocomposites se traduit par des modifications drastiques, avec une augmentation de l’adhésion dans le cas de la Fn et une diminution dans le cas de la SAB. Le travail réalisé démontre l’influence du conditionnement des surfaces sur leurs propriétés physico-chimiques, ainsi que sur leur évolution au cours de la déshydratation, et leur capacité à être colonisées par des microorganismes.

Synthèse, fonctionnalisation et assemblage de nanodisques d’argent

sous la direction de Martine MEIRELES et Yannick HALLEZ.

Les membres du jury seront :
Mme Mona TREGUER-DELAPIERRE, ICMCB, Univ. de Bordeaux, Rapporteure
Mme Claire BORDES, LAGEP, Univ. Claude Bernard Lyon, Rapporteure
M. Guillaume VIAU, LPCNO, Univ. de Toulouse, Examinateur
M. Lionel MAURIZI, LICB, Univ. de Bourgogne, Examinateur
et M. Jeffrey MORRIS, Benjamin Levich Institute, City College of New York, Membre invité

Etude du transfert de chaleur en canaux millimétriques de type zigzag pour le développement et l’extrapolation de réacteurs-échangeurs compacts

Résumé:

Cette thèse porte sur la caractérisation thermique de réacteurs échangeurs de chaleur compacts. Le but est de mesurer des coefficients de transfert thermique dans ces appareils et de comprendre l’effet d’intensification du transfert thermique lié à leur géométrie. Des prototypes de réacteurs échangeurs sont utilisés, composés de trois plaques : deux plaques dites « procédé » et « utilité » où sont gravés des canaux millimétriques droits ou en zigzag de section carrée, séparées par une plaque en aluminium. Le coefficient de transfert de chaleur est mesuré expérimentalement et numériquement. L’influence de la géométrie du canal, des propriétés des fluides et des débits sur le transfert de chaleur est discutée. Une méthode expérimentale de mesure de la température locale est mise en œuvre, basée sur de la fluorescence induite par laser. Enfin, l’effet d’un changement d’échelle de ces appareils pour la mise en œuvre de réactions compétitives exothermiques est étudié.

Résumé (en anglais):

This thesis is about the thermal characterization of compact heat-exchanger (HEX) reactors. The objective is to measure heat transfer coefficients in these devices and understand the effect of intensification of heat transfer related to their geometry. The compact HEX reactor prototypes used are composed of three plates: two plates called process plate and utility plate where millimetric square straight or zigzag channels are engraved, separated by an aluminum plate. The heat transfer coefficient is measured experimentally and numerically. The influence of channel geometry, fluid properties and flow rates on heat transfer is discussed. An experimental method for measuring the local temperature is implemented, based on laser-induced fluorescence. Finally, the effect of scale-up of these devices for the implementation of competitive exothermic reactions is studied.

Le jury est composé de :

M. Jean-Marc COMMENGE (Université de Lorraine)  Rapporteur

M. Daniel BOUGEARD (IMT Lille Douai)  Rapporteur

Mme Lingai LUO (Université de Nantes)  Examinatrice

Mme Kamelia BOODHOO (Newcastle University)  Examinatrice

M.Christophe GOURDON (INP-Toulouse, LGC)  Examinateur

M. Michel CABASSUD (INP-Toulouse, LGC)  Directeur de thèse

Mme Nathalie RAIMONDI (INP-Toulouse, LGC)  Directrice de thèse

M. David FLETCHER (The University of Sydney)  Invité

Mme ZOÉ MINVIELLE (CEA, Grenoble)  Invitée

Thèse encadrée par MM. LOUBIERE Karine (LGC) et MM. DECHY-CABARET Odile (LCC).

L’exposé portera sur l’étude expérimentale et la modélisation d’une réaction de photooxygénation avec sensibilisateur soluble ou supporté dans des photoréacteurs continus milli-structurés éclairés par des LED.

Composition du jury:

M. GOETZ Vincent – Rapporteur. Directeur de recherche CNRS, PROMES, Perpignan
M. ROQUES-CARMES Thibault – Rapporteur. Maître de conférence, Université de Lorraine
M. CORNET Jean-François – Examinateur. Professeur, Sigma Clermont, Clermont-Ferrand
MM. LACOMBE Sylvie – Examinatrice. Directrice de recherche CNRS, IPREM, Pau
M. JEAN Patrick – Examinateur. Ingénieur, CORNING CETC, Fontainebleau
M. BLANCO Jean-François – Examinateur. Ingénieur de recherche CNRS, LGC, Toulouse

L’agitation est utilisée dans l’industrie pour réaliser des opérations variées telles que le mélange de liquides, la mise en suspension de solides, les opérations de dissolution ou de cristallisation, la dispersion de gaz, les réactions chimiques, l’extraction liquide-liquide l’émulsification…

Le choix, le dimensionnement et les performances des appareils d’agitation nécessitent la compréhension et la maîtrise des divers phénomènes qui prennent place au sein des installations. De nombreux procédés industriels sont trop coûteux énergétiquement, débouchent sur un produit de mauvaise qualité, ou pire, présentent des risques d’accident à cause d’une mauvaise prise en considération des systèmes d’agitation.

Technologie Electro-microbienne pour le traitement des eaux usées couplé à la récupération d’hydrogène

La composition du Jury est la suivante :

Mme Deborah JONES                               Rapporteure                    ICGM, Université de Montpellier

M. Théodore BOUCHEZ                            Rapporteur                      IRSTEA Antony

Mme Karine GROENEN-SERRANO         Examinatrice                   LGC, Université de Toulouse

M. Roman MOSCOVIZ                              Examinateur                    Suez Environnement

M. Serge DA SILVA                                    Membre Invité                 6T-MIC Ingénieries

Mme Régine BASSEGUY                          Directrice de thèse          LGC, INP Toulouse

M. Benjamin ERABLE                                Directeur de thèse           LGC, INP Toulouse

Résumé :

“Un formalisme générique pour la planification des systèmes énergétiques : application à la valorisation de la chaleur fatale”

Jury :

M. Jean Michel Reneaume (LaTEP, UPPA-ENSGTI, Pau) Rapporteur
M. Miguel Lopez (LGEI, Ecole des Mines d’Ales, Alès) Rapporteur
M. Christian Artigues (LAAS, Toulouse) Examinateur
M. Philippe Baudet (Proesis, Toulouse) Examinateur
Mme Marina Boucher (ADEME, Angers) Examinatrice
M. Gilles Hetreux (LGC, INP-ENSIACET, Toulouse) invité
M. Pascal FLOQUET (LGC, INP-ENSIACET, Toulouse) Directeur de thèse
Mme Raphaële Théry-Hétreux (LGC, INP-ENSIACET, Toulouse) Co-directrice de thèse

Résumé :
Lors du fonctionnement d’un procédé de production ou de transformation, l’énergie thermique produite grâce aux combustibles n’est pas utilisée en totalité. Une partie de la chaleur est inévitablement rejetée. C’est en raison de ce caractère inéluctable qu’on parle de « chaleur fatale ». Disponible le plus souvent à des températures assez basses sa valorisation demeure délicate. Le mode de valorisation le plus courant reste aujourd’hui l’intégration du procédé dans un système plus complexe tel qu’un éco-parc ou un réseau de chaleur urbain et/ou son couplage avec le réseau électrique, donnant ainsi naissance à une véritable chaîne logistique de la chaleur fatale. Deux verrous majeurs freinent pour l’heure la généralisation de ce type de systèmes intégrés : la  conception de la chaîne logistique d’une part, c’est-à-dire la définition des différents maillons depuis le fournisseur de chaleur fatale jusqu’à son utilisateur final (stockage, valorisation, transport …) et d’autre part la planification de ce système qui doit en effet tenir compte du caractère souvent intermittent de la disponibilité de la source, mais aussi de la variabilité de la demande.

Dans ces travaux de thèse, une approche de planification de cette chaîne logistique est introduite. Cette approche repose sur la formulation et la résolution d’un modèle de Programmation Non Linéaire Mixte (PNLM). Toutefois, pour faciliter le développement de ce modèle et son adaptation à différent types de chaîne de valorisation, une extension du formalisme ERTN (‘Extended Resource Task Network’) introduit dans des travaux précédents est proposée. L’EERTN (‘Energy Extended Resource Task Network’) permet notamment de rendre compte de manière plus fine de l’influence de la température sur les phénomènes physico-chimique complexes mis en jeu dans ce type de système et ainsi de proposer une planification du système conduisant à une réduction significative de la consommation de combustible primaire du système globale et à une exploitation efficiente de la chaleur fatale générée sur le site. L’approche est appliquée sur un cas d’étude constitué d’une unité industrielle dont les besoins en chaleur sont pourvus par une centrale de production d’utilité vapeur. Non loin de cette unité industrielle existe un réseau de chaleur urbain. La chaleur fatale est constituée par les fumées issues de la chaudière de la centrale de production d’utilité. Dans cette étude, on supposera que la conception de la chaîne logistique visant à valoriser cette chaleur fatale a déjà été réalisée et qu’elle consiste à exploiter cette énergie pour subvenir à tout ou partie des besoins du réseau de chaleur urbain.

Bioréactivité des nitrates en contexte de stockage de déchets radioactifs profond

La composition du Jury est la suivante :
Mme Agnès RICHAUME JOLION         Rapporteure                      Ecologie Microbienne Lyon

M. Frédéric JORAND                             Rapporteur                        LCPME, Université de Lorraine

M. Eric D. VAN HULLEBUSCH              Examinateur                       Institut de Physique du Globe de Paris

M. Achim ALBRECHT                            Examinateur                       Andra, Paris

Mme Alexandra BERTRON                  Directrice de thèse            LMDC, Toulouse

M. Benjamin ERABLE                           Directeur de thèse             LGC, Toulouse

Résumé :
En France, il est envisagé de stocker en couche géologique profonde les déchets radioactifs de moyenne activité à vie longue (MAVL). Ces déchets sont chargés en sels de nitrates et après des milliers d’années, le relâchement des nitrates pourrait favoriser la mobilité des radionucléides hors des déchets. Cependant, en présence de matière organique ou de dihydrogène, l’activité bactérienne peut théoriquement réduire les nitrates en espèces azotées plus réduites via la dénitrification. Le 1^er objectif de cette thèse est d’évaluer la capacité des bactéries à s’adapter aux conditions physico-chimiques à proximité des déchets, c’est à dire en absence d’oxygène, à pH alcalin entre 9 et 13, en présence de concentrations élevées en nitrates, en présence d’un donneur d’électrons organique (acétate) ou minéral (hydrogène) et en présence de ciment et d’acier solides. Le 2^nd objectif est d’évaluer les cinétiques de réduction des nitrates dans les conditions précédemment décrites. La réduction bactérienne des nitrates a été observée jusqu’à pH 11 et 400 mM de nitrates en présence d’acétate et jusqu’à pH 10.5 et 150 mM de nitrates en présence de dihydrogène. En présence de dihydrogène les cinétiques de réduction des nitrates étaient globalement plus ralenties et les bactéries étaient plus sensibles aux pH alcalins que les bactéries qui se développent en présence d’acétate. Ceci s’explique par le fait que le dihydrogène a une solubilité limitée à pression atmosphérique, que l’assimilation de carbone minéral est énergétiquement coûteuse pour les bactéries et enfin qu’en présence de dihydrogène le pH s’élève au cours de l’avancement de la dénitrification. En présence d’acétate le pH s’équilibre autour de 10 grâce aux CO₂ produit par l’oxydation de l’acétate. Enfin la présence de ciment solide n’a pas eu de répercussion importante sur l’activité bactérienne, en revanche l’acier solide a stimulé de façon conséquente la réduction des nitrates.

5th edition of the RAFALD workshop, 5-7 Nov.  2019, LAAS Toulouse

3rd edition of ALD Autumn School, ENSIACET Toulouse

http://rafald.org/en/rafald-2019-2/

This annual workshop is dedicated to the ALD technology (Atomic Layer Deposition) and aims at gathering the French community and promote the activities of its network. Technicians, engineers, PhD students, researchers, professors and assistant-professors, from academia or industry, involved or curious about ALD are all welcome.

This workshop is composed of training sessions, oral and poster presentations and panel discussions.

TARGET AUDIENCE:

Academic laboratories, industries.

APPLICATION FIELDS:

Microelectronics, energy, textile, biology, nanotechnologies.

Multi-scale modelling and experimental analysis of ALD alumina: Interplay of process dynamics, chemistry and interfacial phenomena

menée en co-tutelle entre l’INP Toulouse et l’Université Nationale Technologique d’Athènes, en collaboration entre le LAAS, le CIRIMAT, le LGC et NTUA (soutenance prévue le 30 octobre à NTUAthènes)

JURY

Mme Elisabeth BLANQUET, Rapporteur
Athanasios DIMOULAS, Rapporteur
Emmanuel SCHEID, Examiner
Mme Evangelia PAVLATOU, Examiner
Athanasios G. PAPATHANASIOU, Examiner
Mme Asiya TURGAMBAEVA, Examiner
Mme Brigitte CAUSSAT, Thesis Director
Andreas G. BOUDOUVIS, Thesis Director
Constantin VAHLAS, Invited
M. Hugues VERGNES, Invited

Abstract
The constant shrinking of microelectronic devices requires the production of conformal and uniform nanometric thin films, with a high chemical purity and abrupt interfaces. In this context, Atomic Layer Deposition (ALD) has emerged as a favorable process to produce such films. Drawing its advantages from the self-limiting nature of the surface reactions involved, ALD can yield thickness control down to the monolayer, producing conformal films of high purity.
Although ALD has many advantages, drawbacks arise when depositing films of some nanometers. In particular, the initial island growth and the formation of an interfacial oxide layer are two of its main limitations, especially for the case of metal oxide ALD on Si. Moreover, the deposition on large area wafers is not always uniform, and depends on the reactor and process design. These drawbacks need to be suppressed in order to establish ALD as the adequate process for the deposition of high-k gate oxides on Si, essential for the production of field effect transistors of the future.
In this thesis, the ALD of Al2O3 from TMA and H2O on Si is thoroughly investigated, in order to tackle the above drawbacks. The investigation consists of a combined multiscale computational and experimental approach. Four different numerical models were developed dealing with different space scales. A complete set of characterization techniques was used, including ellipsometry, XRR, TEM, STEM, EDX, XPS and SIMS. Using this framework, the detailed phenomena involved are illuminated, thus allowing to better understand the process and identify the factors responsible for the drawbacks of ALD.
The competition between surface mechanisms, namely desorption and surface reactions, was found to be the limiting factor for deposition at low temperatures, up to 200oC. The concentration of surface reactive sites was found to limit the deposition at higher temperatures up to 300oC. Although ALD is conceived as a process depending only on surface chemistry, the analysis of the transport phenomena inside the ALD chamber showed that the reactor and process design can affect the reactant and temperature distribution inside the ALD reactor. The multiscale approach and the coupling among the different computational models revealed that the interplay between surface mechanisms and transport phenomena affects the film uniformity. Using this computational approach, it was possible to derive optimal process conditions that ensure maximum film uniformity.
During the first deposition steps, the film deposition was found to be inhibited, leading to an island growth regime. The integrated analysis showed that 25 cycles are needed in order to deposit a continuous Al2O3 film. During this regime, interfacial oxidation of the Si substrate led to the formation of a ~2 nm interfacial oxide layer, consisting of SiOx, AlOx, and Al-silicates, which degrades the properties and thus the potential applications of the deposited structure.
An in situ N2-NH3 plasma pretreatment of the HF-cleaned Si substrate was introduced, leading to a formation of a SixNyH layer on the substrate surface. The pretreatment was found to enhance the surface reactivity, as the inhibition period was restricted and linear ALD growth was obtained even after 5 cycles. Furthermore, interfacial Si oxidation was reduced, as the SixNyH layer was found to serve as an effective barrier for O diffusion and Si oxidation.
The work presented in this thesis demonstrates the necessity of such integrated approaches to analyze the detailed phenomena involved in ALD. Such studies help in the thorough understanding of the ALD mechanisms, and consequently in elaborating solutions which restrict the drawbacks arising during the initial deposition steps. This could pave the way for the ALD process to industrially produce uniform and conformal nanometric thin films of high purity and abrupt interfaces, able to answer to the demands of the future electronic industry.

“L’écoconception de membranes d’ultrafiltration pour la potabilisation de l’eau : modélisation et approche expérimentale”.

La soutenance aura lieu le mardi 22 octobre à 14h dans l’Amphi 2 de la Maison de la Valorisation et de la Recherche (MRV)

Jury :
Denis BOUYER – Université de Montpellier (Rapporteur)
Geneviève GÉSAN-GUIZIOU – Agrocampus Ouest (Rapportrice)
Denis ROIZARD – Université de Lorraine (Examinateur)
Benoît TEYCHENÉ – Université de Poitiers (Examinateur)
Patrick SAUVADE – Suez (Membre invité)
Jean-Christophe REMIGY – Université Toulouse III Paul Sabatier (Directeur de thèse)
Ligia BARNA – INSA Toulouse (Co-directrice de thèse)
Christelle GUIGUI – INSA Toulouse (Co-encadrante de thèse)

ABSTRACT Although ultrafiltration treatment processes are widely used for drinking water applications, their environmental performances remain poorly understood. The objectives of this work are to provide understanding of membrane environmental footprint, as well as to suggest and implement relevant innovative solutions for its mitigation. A multiphase ecodesign approach is applied to hollow fibres fabricated by phase inversion and operated in a dead-end mode. The two developed parameterized models evaluate environmental impacts during fabrication and operation as a function of operating conditions. The subsequent Life Cycle Assessment highlights glycerol-related operating conditions as interesting action levers for environmental mitigation of membrane fabrication. However, membrane operation accounts for nearly exclusively all environmental impacts, with electricity production and sodium hypochlorite fabrication as the two main contributors. The analysis also pinpoints the influence of filtration flux. Since opportunities for biosourced solvents exist, substitution of petrochemical solvents during membrane fabrication is chosen as an improvement strategy. A metrics-based methodological framework is suggested to rationalize sustainable membrane fabrication. Biosourced flat membranes using methyl lactate as a solvent have thus been prepared. The mixed environmental scores do not preclude solvent substitution as a relevant improvement strategy. Results highlight the feasibility and relevance of such an ecodesign approach based on process modelling and experimental work, and lay the foundations for further development. Keywords: Process modelling − Life cycle assessment (LCA) – Ecodesign – Phase inversion − Membrane filtration − Drinking water treatment

Le séminaire de restitution du projet SMS (Séparer les Micropolluants à la Source et les traiter pour maîtriser les risques sanitaires et préserver les milieux) aura lieu le Jeudi 03 Octobre 2019 à l’Agence de l’Eau Adour Garonne (90 rue du Feretra, 31078 Toulouse).

Vous pouvez dès aujourd’hui vous inscrire (inscription gratuite mais obligatoire) pour assister à cet événement (programme à télécharger ici) en cliquant ici.

« Efficacité Energétique des sites Industriels : de la donnée au remodelage des Procédés et des Systèmes Energétiques»

Vendredi 27 septembre 2019 à 14h à l’Amphi 100 de l’ENSIACET

Membre du Jury

• Michel Feidt, Professeur Emérite, Université de Lorraine, LEMTA
• Isabelle Pitault, Chargée de Recherche CNRS, Université Lyon 1, LAGEPP
• Assaad Zoughaib, Professeur, Mines PARIS Tech
• Pierre Aimar, Directeur de Recherche CNRS, Toulouse INP, LGC
• Jean Henry Ferrasse,  Maître de Conférence, Aix-Marseille Université, M2P2
• Pascal Floquet, Professeur, Toulouse INP, LGC
• Jean Paul Gourlia, Directeur Général Allice
• François Nicol, Chef du département ‘Process Engineering’ Veolia Recherche & Innovation

Résumé

L’efficacité énergétique apparaît comme une véritable source d’énergie à même de répondre à l’urgence climatique mise en évidence par le récent rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Mes travaux s’inscrivent dans ce contexte et introduisent une approche unifiée dédiée au remodelage et au pilotage des sites industriels en vue de l’amélioration de leur efficacité énergétique.

A l’ère de l’industrie 4.0, la collecte et le traitement de la donnée apparait comme un préalable indispensable à toute étude dédiée au remodelage des systèmes industriels. Dans une première partie, une approche d’analyse statistique des données récupérables auprès des capteurs de l’unité industrielle est introduite afin d’en construire un ‘jumeau numérique’.

Sur la base de ce modèle, un premier levier consiste à remodeler le réseau d’échangeurs de chaleur. La deuxième partie décrit une approche originale visant à proposer un réseau d’échangeurs reconfiguré flexible et adaptable.

Dans le cas où les économies alors obtenues seraient jugées insuffisantes un deuxième levier consistant à analyser et à remodeler le site industriel complet (procédé et utilités) est nécessaire. Une approche structurée reposant sur l’analyse exergétique est développée dans une troisième partie.

La quatrième partie s’intéresse davantage au niveau pilotage en introduisant un formalisme de modélisation original permettant une représentation générique et non ambigüe des systèmes de production associés aux systèmes de fourniture d’utilités. Ce formalisme est appliqué à plusieurs niveaux d’amélioration : gestion intégrée de l’énergie et de la production, planification optimale des centrales de cogénération, valorisation de la chaleur fatale.

Chaque contribution méthodologique est capitalisée au moyen de prototypes logiciels en cours de valorisation ou d’outils validés et déjà déployés dans une application commerciale.

Un bilan de mes activités est ensuite réalisé et un ensemble de perspectives est enfin dressé.

L’industrie chimique est aujourd’hui en pleine mutation pour faire face à la raréfaction des ressources, aux nouvelles réglementations, aux pressions sociales, écologiques et politiques. Il existe aujourd’hui un besoin urgent de procédés plus acceptables du point de vue de la préservation de l’environnement dans l’industrie chimique. Cette tendance vers ce qui est maintenant connu sous le nom de « green process » nécessite une évolution des concepts traditionnels d’efficacité des procédés, qui ne tenaient compte, que du seul rendement chimique, vers une évaluation intégrant une valeur économique de l’élimination des déchets à la source et le fait d’éviter l’utilisation de substances toxiques ou dangereuses.

Voir plus : https://greenprocess.sciencesconf.org/

Protein crystallization, from crystallography to biotechnological applications 

José A. Gavira, Laboratorio de Estudios Cristalográficos, CSIC-UGR, Avd. las Palmeras, 4, 18100 Armilla, Spain – jgavira@iact.ugr-csic.es

Abstract:  Obtaining crystals suitable for X-ray diffraction is still the least understood step in the way to obtaining the needed protein structures since it relies on the trial-and-error approach [1]. To facilitate this search, we have been working on the implementation of new techniques based on the minimization of convection mass transport to ensure the growth of crystals of sufficient quality for X-ray diffraction. Chaotic mixing and convection can be reduced when crystallization proceed in any media with mass transport controlled by diffusion: gels, capillaries, microfluidic devices or microgravity. This effect can be achieved with liquid-liquid diffusion (free-interface diffusion) techniques in which protein and precipitant are allowed to diffuse one against each other [2]. Implementation and some relevant results will be shown.

We have applied the knowledge acquired from crystallization in convection-free environments to produce protein crystals for a purpose other than the structural determination, i.e. for biotechnological applications. A brief summary of the potential uses of protein crystals assayed in our lab includes: i) cross-linked enzyme crystals for the development of enhanced-robust biosensors [3], ii) reinforced cross-linked enzyme crystals, for large scale enzymatic reactions with durable auto-supported catalysts and iii) reinforced protein crystals for controlled drug delivery systems [4].

[1] Gavira, J.A. (2016) ABB, 602, 3-11.

[2] Otálora, F., Gavira, J.A., Ng, J. D. & García-Ruiz, J.M., (2009) Prog. in Biophy. and Mol. Biol. , 101, 26-37.

[3] Conejero-Muriel, M. et al. (2015). Lab Chip, 15, 4083-4089.

[4] de Cienfuegos, L.A., Gavira, J.A., Díaz-Mochón, J.J, Conejero-Muriel, M. & Contreras-Montoya, R. Pharmaceutically active protein crystals grown in-situ within a hydrogel. Patent: P201630584, Spain.

Titre : Étude et développement d’un procédé de traitement des odeurs par oxydation à l’ozone. Application aux effluents gazeux d’usines de production de superphosphate

Composition du jury :

Résumé :
Dans le procédé de production d’engrais à base de superphosphate, l’attaque de la roche phosphatée par l’acide sulfurique génère des sous-produits gazeux odorants. Bien que leurs émissions se situent dans les limites réglementaires, les usines d’engrais à base de superphosphate sont susceptibles de causer des nuisances olfactives pour les riverains. Cette thèse propose d’étudier la faisabilité d’un procédé de traitement des odeurs par l’ozonation en phase gazeuse homogène. Une première étape de priorisation des composés chimiques ayant le potentiel odorant le plus important a été réalisée. Ce classement a été effectué à partir d’un rapport technique fourni par notre partenaire industriel basé sur une campagne de mesure olfactométrique et de caractérisation chimique des gaz émis par la cheminée d’une usine de production des engrais superphosphate. À partir du calcul de la valeur d’activité odorante (OAV), deux familles de composés ont été ciblées : les composés soufrés – représentés par le sulfure d’hydrogène (H2S), le sulfure d’éthylméthyle (MES) et le disulfure de diméthyle (DMDS) – et les aldéhydes (représentés par le propanal et le butanal). Deux techniques analytiques (GC/FID et SIFT/MS) ont été mises en oeuvre afin d’évaluer les performances d’élimination de ces composés, la difficulté d’analyser une matrice gazeuse contenant de l’ozone ayant été mise en évidence. Ainsi, une interférence de l’ozone sur l’analyse des aldéhydes par GC/FID a été identifiée. La technique SIFT/MS a, quant à elle, nécessité un développement important. L’ozonation d’effluents gazeux modèles a été réalisée en suivant l’élimination des composés cibles dans différentes conditions de fonctionnement (temps de résidence, température du réacteur, concentration en ozone et taux d’humidité) dans un domaine expérimental compatible avec les contraintes industrielles. Les composés soufrés ont présenté des taux d’élimination élevés, particulièrement dans le cas de H2S, dont les conversions ont atteint environ 80%. Les monosulfures (MES) et disulfures organiques (DMDS) se sont montrés moins réactifs à l’ozone, puisque les conversions sont restées assez faibles (de l’ordre de 30% pour un ratio O3/soufrés similaire). Dans la gamme de conditions  opératoires utilisées, ni l’humidité, ni le temps de résidence dans le réacteur n’ont montré d’influence considérable. La concentration d’ozone s’avère être le paramètre du procédé le plus influant, ayant un effet positif sur les taux de conversion des trois composés soufrés étudiés. Parallèlement, pour le DMDS, une augmentation de la température du réacteur a aussi amélioré la conversion. De manière globale, les taux de conversion les plus importants ont été obtenus pour les ratio O3/soufrés et la température du réacteur les plus élevés. A l’inverse, même lorsque les conditions de réaction les plus favorables ont été appliquées (température et concentration d’ozone les plus élevées), les aldéhydes se sont montrés non réactifs vis-à-vis de l’ozone. Malgré les faibles conversions obtenues, l’utilisation du SIFT/MS a permis d’identifier les principaux sous-produits de la réaction ozone-composés soufrés en phase gazeuse comme étant le méthyléthylsulfoxyde (MESO), le méthyléthylsulfone (MESO2), le diméthyl thiosulfinate (DMSOS), les isomères de diméthyl thiosulfonate (DMSO2S), le diméthyldisulfoxyde (DM(SO)2) et également le dioxyde (SO2) et le trioxyde de soufre (SO3). Le procédé de traitement des odeurs par ozonation directe des gaz en sortie de cheminée industrielle apparaît donc difficilement envisageable en raison de la faible efficacité d’élimination des composés malodorants démontrée dans nos essais. En revanche, cette technique couplée avec une absorption chimique pourrait s’avérer intéressante pour éliminer les nuisances olfactives avec une bonne efficacité.

“Etude locale de la cavitation acoustique et du transfert de matière liquide solide dans une suspension soniquée”

Composition du Jury :
– M. Jean-Yves HIHN Université de Franche-Comté – UTINAM / Rapporteur
– M. Bertrand DUBUS IEMN – ISEN / Rapporteur
– M. Jean-Christophe BERA Université Claude Bernard Lyon 1 – LabTAU / Examinateur
– M. Olivier LOUISNARD IMT Albi Carmaux – RAPSODEE / Examinateur
– Mme. Carine JULCOUR CNRS – LGC / Directrice de thèse
– Mme. Laurie BARTHE Toulouse-INP LGC / Co-directrice de thèse
– M. Fabien CHAUVET Université Paul Sabatier – LGC / Membre invité
– M. Henri DELMAS Anciennement Toulouse-INP LGC /Membre invité

Résumé :
Les ultrasons de puissance, pierre angulaire de la sonochimie, constituent un domaine récurrent de la recherche en génie des procédés. Leurs effets mécaniques et chimiques permettent l’intensification de processus physiques (mélange, dissolution, émulsion, dégazage, attrition …) et l’activation de réactions (via la production de radicaux libres).
Le phénomène sous-jacent est la cavitation acoustique inertielle (ou transitoire), qui correspond à l’implosion violente de bulles créées lors des phases de dépression de l’onde, conduisant localement à des conditions extrêmes de température et pression, et à la formation de micro-jets puissants vers les surfaces solides.
Malgré ce fort potentiel, les applications industrielles des ultrasons de puissance sont rares. Ceci s’explique principalement par le fait que la cavitation transitoire est encore mal comprise et maîtrisée empêchant la conception de réacteurs sonochimiques efficaces à l’échelle pilote. Le verrou principal réside dans la prédiction et l’optimisation de la localisation des zones sono-actives. En effet, les ultrasons de puissance sont atténués de façon significative sur de courtes distances, en particulier dans les milieux polyphasiques, fréquemment rencontrés dans les procédés physico-chimiques.
Dans ce contexte, cette thèse s’intéresse à évaluer localement les effets physiques des ultrasons (20 kHz) appliqués à une suspension liquide-solide. Il s’agit d’identifier les zones d’activité des ultrasons dans un réacteur à lit fluidisé et à sonde plongeante et de préciser l’influence de différents paramètres opératoires (puissance émise, vitesse du fluide, concentration et propriétés de la suspension).
La première partie évalue l’atténuation de l’onde ultrasonore liée à la cavitation et la présence de solide, ainsi que l’évolution de son spectre de fréquences.
En effet, les bulles de cavitation présentent une signature acoustique propre. Dans cet objectif, des mesures de pression acoustique sont réalisées axialement à l’aide d’un hydrophone piézoélectrique et interprétées par analyse spectrale.
Le second volet quantifie les effets physiques des ultrasons via une mesure locale du coefficient de transfert liquide-solide par méthode électrochimique.
Les cartographies du réacteur réalisées à l’aide de microélectrodes permettent d’identifier les zones d’intensification marquée. Mises en regard avec les mesures précédentes, elles font le lien entre l’accélération du transfert de matière local et les caractéristiques du signal acoustique mesuré à proximité.
Enfin, l’étude expérimentale est complétée par des simulations numériques du réacteur réalisées avec COMSOL Multiphysics. Le modèle prend en compte la dissipation de l’énergie par les bulles, qui joue un rôle majeur dans l’atténuation des ultrasons. Via une étude paramétrique, ces simulations montrent aussi le rôle du design du réacteur sonochimique sur la localisation des zones actives.

Les Journées d’Electrochimie est un congrès scientifique bisannuel organisé sous l’égide de la subdivision électrochimie de la Société Chimique de France. Cette manifestation réunit depuis 1983 la communauté des électrochimistes francophones (près de 300 chercheurs, enseignants-chercheurs, doctorants et industriels) pour faire le point sur les avancées en électrochimie autour de plusieurs thématiques larges choisies par le Comité Scientifique : électrocatalyse, électroanalyse et capteurs, nanoélectrochimie, bioélectrochimie, batteries et piles à combustible, corrosion, traitement de surface, génie électrochimique…

9th International Water Association (IWA) Membrane Technology Conference & Exhibition for Water and Wastewater Treatment and Reuse (IWA-MTC 2019), which will be held in Toulouse from 23 to 27 June 2019.

Following the IWA-Membrane Technology Confer­ences organized in Seoul (Korea) in 2004, Harro­gate (UK) in 2007, Beijing (China) in 2009, Aachen (Germany) in 2011, Toronto (Canada) in 2013 and Singapour in 2017, the next international meeting for the community on « membrane for water » will be held in Toulouse, France. Toulouse, « La ville Rose / the pink city » is a beau­tiful and very old city with many places of inter­est. It is located in the heart of the south west of France, with easy access to the Mediterranean Sea and Pyrénées Mountains.

• Soumissions et inscriptions en ligne : https://mtc2019.sciencesconf.org/

Delegates from university, industry, governmental and non-governmental organizations and venture capital providers will present their views on industrial biotechnology, sustainable (green) chemistry and agricultural policy related to the use of renewable raw materials for non-food applications and energy supply. The conference  further aims at providing an overview of the scientific, technical, economic, environmental and social issues of renewable resources and biorefineries in order to give an impetus to the biobased economy and to present new developments in this area. 

The conference will provide a forum for leading political, corporate, academic and financial people to discuss recent developments and set up collaborations.

Etude d’un procédé d’élimination de résine époxy par pyrolyse applicable au désenrobage de combustibles nucléaires

Le jury sera composé de :

M. Xavier JOULIA Laboratoire de Génie Chimique / INP-Toulouse Directeur de thèse
M. Laurent CASSAYRE Laboratoire de Génie Chimique / INP-Toulouse Co-directeur de thèse
Mme Sophie DUQUESNE Université Lille 1 Rapporteur
M. Jean-Henry FERRASSE Aix-Marseille Université Rapporteur
Mme Carine ABLITZER CEA Cadarache Examinateur
M. Frédéric MARIAS Université de Pau et des Pays de l’Adour Examinateur
M. Olivier FIQUET CEA Cadarache Invité
M. Pascal FLOQUET Laboratoire de Génie Chimique / INP-Toulouse Invité

Résumé :

Cette étude s’inscrit dans le cadre de la mise au point d’un procédé de traitement thermique d’échantillons de combustibles nucléaires enrobés dans la résine époxy. Ces combustibles doivent être séparés de la résine, avant entreposage, afin d’éviter la formation de gaz par radiolyse. Pour garantir la sûreté et l’universalité du procédé d’élimination de la résine époxy, une pyrolyse sous argon est proposée. L’enjeu majeur de ce traitement est d’atteindre des teneurs finales en hydrogène, dans le résidu solide issu de la pyrolyse, les plus faibles possibles tout en conservant l’intégrité du combustible ; afin d’éviter le relâchement des produits de fission et le foisonnement du matériau. Lors de la pyrolyse, la résine époxy se décompose en gaz permanents, goudrons et résidu solide. La résine, les goudrons et le résidu solide sont caractérisés par analyse élémentaire. Les mesures des compositions et des masses permettent d’établir, après réconciliation de données, un bilan matière précis, de définir des molécules modèles pour les goudrons et le résidu solide, de type CxHyOzNw, et de déterminer les coefficients stœchiométriques de la pyrolyse. Les études paramétriques réalisées vis-à-vis du taux de résidu et de sa teneur en hydrogène ont mis en évidence que les paramètres prédominants sont, par ordre d’importance : la température, le temps de palier et la vitesse de chauffe. L’influence du débit d’argon et de la masse de résine initiale est négligeable. Pour aller plus loin dans la caractérisation des produits, la spectroscopie RMN a été appliquée au résidu solide pour identifier les évolutions de la structure moléculaire du polymère en fonction de la température. Les analyses des goudrons par la TD-GC/MS révèlent quatre composés principaux : le dodécanol, le tetradécanol, le phénol et le 4-isopropylphénol. L’ensemble des résultats tant quantitatifs que qualitatifs constitue une aide à la définition des conditions d’élimination de la résine époxy par pyrolyse permettant d’atteindre les objectifs en termes de taux d’hydrogène dans le résidu, tout en respectant les contraintes de sécurité.

Mots-clés : pyrolyse,résine époxy,résidu solide,réconciliation de données,procédé pilote nucléarisable,bilan matière

Les prochaines Journées Techniques Eau et Déchets 2019  “Gestion durable des eaux usées  : Réutilisation et Pratiques alternatives” auront lieu les 20 et 21 mai 2019 à l’INSA de Toulouse.

Rendez-vous sur le site pour plus d’informations et inscriptions : http://www.jted.insa-toulouse.fr/

Les JTED, journées de rencontres techniques et scientifiques, sont co-organisées sur Toulouse à l’initiative du LISBP (INSA, INRA, CNRS), le LBE(INRA), RAPSODEE (ENSTIMAC), le LGC (CNRS, INP, UPS) et l’Agence AD’OCC.

Les journées techniques 2019 se proposent de faire le point sur les enjeux et les évolutions réglementaires encadrant la REUT. C’est l’occasion aussi de prendre connaissance de retours d’expérience et de solutions alternatives en cours d’étude (séparation à la source, diminution des quantités utilisées…). Nous y aborderons aussi les voies émergentes et prospectives de recherche.

Soutenance de thèse intitulée “Synthèse de structures furaniques à partir de glucose cellulosique en système diphasique eau-CO2 supercritique”

Jury :

• Mme Nadine ESSAYEM (IRCE Lyon), Rapporteure
• Jeremy LUTERBACHER (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), Rapporteur
• Naceur BELGACEM (INP Grenoble, Pagora), Examinateur
• Manuel NUNES DA PONTE (Universidade Nova de Lisboa), Examinateur
• Jean-Stéphane CONDORET (INP Toulouse, LGC), Directeur de thèse
• Mme Bouchra BENJELLOUN-MLAYAH (CIMV), Co-directrice de thèse
• Mme Séverine CAMY (INP Toulouse, LGC), Co-directrice de thèse
• Michel DELMAS (INP Toulouse, LGC), Invité

Résumé

Ce travail présente l’étude d’un procédé de production de 5-hydroxymethylfurfural (HMF), une molécule plateforme prometteuse pour la production de carburants et de polymères biosourcés. La première partie de ce travail a consisté à développer la synthèse du HMF à partir d’hexoses lignocellulosiques dérivés de la biomasse, plus particulièrement du fructose, en milieu diphasique CO2-H2O haute pression, une technologie efficace et respectueuse de l’environnement pour le traitement de la biomasse. À partir d’expériences cinétiques et de leur modélisation, l’effet du CO2 comme catalyseur acide réversible a été évalué. Par ailleurs, le rendement en HMF s’est avéré limité en raison de réactions de dégradation. Un moyen pertinent d’augmenter le rendement en HMF en empêchant sa dégradation a consisté à coupler sa synthèse avec son extraction simultanée par le CO2 supercritique, ce qui a conduit à un procédé de réaction extractive. Dans ce contexte, des coefficients de partage de HMF entre le CO2 supercritique et l’eau ont été évalués expérimentalement, en supposant que l’équilibre soit atteint à tout moment dans le dispositif d’extraction. Les données expérimentales ont permis l’application de modèles thermodynamiques pour décrire le système ternaire CO2-HMF-H2O afin de trouver des conditions de fonctionnement favorables au procédé. Le couplage de la modélisation cinétique et du procédé d’extraction par le CO2, basé sur l’équilibre thermodynamique du mélange, a rendu possible la prédiction des meilleures conditions de fonctionnement du procédé de réaction extractive du HMF à partir de sucres issus de biomasse lignocellulosique. Ce mode de fonctionnement a permis d’exploiter tous les avantages de l’utilisation du CO2 pour les réactions de conversion de la biomasse : catalyseur acide réversible et solvant d’extraction.

Thèse intitulée : « Développement de méthodologies génériques pour la conception optimale et durable des parcs hybrides d’énergies renouvelables »

Le Jury sera composé de:
M. Olivier Barreteau (UMR G-EAU, Institut Montpelliérain de l’Eau et de l’Environnement) ; Rapporteur Mme. Delphine Riu (G2Elab, INP Grenoble) ; Rapporteure M. Didier Aussel (PROMES, Université de Perpignan) Examinateur M. Christophe Gourdon (LGC, INP Toulouse) Examinateur M. Vincent Gerbaud (LGC, INP Toulouse) Directeur de thèse Mme. Marianne Boix (LGC, INP Toulouse) Co-directrice de thèse

Résumé :

Les enjeux planétaires du développement durable et du réchauffement climatique remettent en cause le fonctionnement de nos sociétés. La transition énergétique se traduit notamment par l’augmentation de l’utilisation des énergies renouvelables et constitue ainsi le contexte de nos travaux. Dans le cadre d’un contrat CIFRE avec l’entreprise VALOREM, nous proposons des méthodologies pour le développement et la
conception d’installations renouvelables soutenables. L’approche d’Ingénierie Des Modèles mise en place nous permet de garder une démarche scientifique cohérente entre une vue très générale du contexte
d’insertion des renouvelables et une vision plus technique et opérationnelle pour le développement d’installations renouvelables. Dans un premier temps, nous avons décrit de manière macroscopique le contexte
d’insertion des énergies renouvelables en France, en proposant un cadre conceptuel pour le développement de projet d’aménagement du territoire. Il permet l’analyse des systèmes sociotechniques en transition grâce à une formalisation UML2 d’une part, et une méthode d’évaluation de la durabilité d’un processus d’autre part. Nous avons illustré ce cadre sur deux cas d’étude : le succès du développement de la centrale
hydro-éolienne de l’île d’El Hierro dans les Canaries et l’échec du barrage de Sivens dans le Tarn en France. Par comparaison, nous montrons que l’implication des parties prenantes sur l’ensemble du processus de
développement est cruciale pour le succès d’un projet. Nous avons ensuite proposé une implémentation logicielle permettant le suivi et le pilotage de projet d’aménagement du territoire en temps réel à l’aide
d’outils d’intelligence artificielle. Conscient des limites opérationnelles de notre proposition, nous avons décidé de changer de point de vue pour adopter une vision plus technique sur les énergies renouvelables. La transition énergétique fait évoluer le système électrique français d’un modèle centralisé vers un modèle décentralisé, ce qui amène VALOREM à reconsidérer ses propositions techniques de production d’énergies renouvelables. Entre autre, l’entreprise tend vers l’hybridation de ses centrales et constate le besoin d’un outil de dimensionnement en phase d’avant-projet, afin d’identifier les opportunités d’activités. Nous faisons donc la proposition d’un prototype logiciel qui se veut flexible en termes de modélisation des centrales de production hybrides renouvelables et en termes de définition des objectifs et contraintes à satisfaire. Il est codé en C++ et basé sur des modèles d’optimisation linéaires. Nous illustrons son opérationnalité sur quatre cas d’étude : deux orientés marché électrique et deux en autoconsommation (l’un isolé, l’autre connecté au réseau). Les résultats des études montrent que les coûts de stockage batterie sont trop élevés pour pouvoir envisager l’installation de batteries dans les centrales hybrides renouvelables. Les systèmes en autoconsommation connectés au réseau semblent être plus prometteurs. Enfin, nous terminons par une analyse environnementale de différentes sources de production électrique afin de déterminer celles vers lesquelles la transition énergétique doit être axée. Les résultats montrent que la biomasse, l’éolien et le PV au sol sont les moyens de production les plus propres. La conclusion de la thèse propose une réflexion ascendante en complexité vers l’implication des acteurs dans les modèles de processus de développement territoriaux.