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Accueil du site > Offres d’emploi > Stages > [Master 2] De la suspension de particules au milieu poreux : évolution de la dynamique des fluides confinés

[Master 2] De la suspension de particules au milieu poreux : évolution de la dynamique des fluides confinés

par Anne-Laure Rollet, Pierre Levitz - 23 octobre

Période de stage : Février 2020-juin 2020

Encadrement : Anne-Laure Rollet (équipe ELI) Pierre Levitz (équipe MEM), Thibaud Chevalier (IFPEN) contact : anne-laure.rollet ad sorbonne-universite.fr pierre.levitz ad sorbonne-universite.fr

Ce stage se fait dans le cadre du Laboratoire Commun de Recherche CARMEN et pourrait déboucher sur une thèse sur le même sujet, financée par l’IFPEN.

Projet

Les matériaux poreux désordonnés et les suspensions colloïdales sont des exemples de systèmes interfaciaux dans lesquels une surface interne partitionne l’espace de manière complexe. Les suspensions d’argile, les sols, les fibres, les textiles, les revêtements, les membranes pour la nanofiltration (énergie bleue), le ciment sont quelques exemples de ces matériaux. La plupart de ces systèmes sont saturés par un fluide. Le niveau de saturation et les propriétés spécifiques de ce fluide confiné influencent fortement ses caractéristiques de transport au sein de l’espace. Les implications qui en résultent, concernant la conception des supports de catalyseur, le cycle de vie et la durabilité, sont au cœur de nombreuses recherches actuelles.

L’alumine reste le support de catalyseur incontournable utilisé en catalyse hétérogène dans le domaine du raffinage. Ce matériau présente une porosité hiérarchique multi-échelle qui s’étend de pores nano à micrométriques. Il est issu de la calcination (topotactique) de pâtes de boehmite et il a été montré que sa structure poreuse est largement héritée de la structure des agrégats de nano-cristaux de boehmite en phase aqueuse. En amont, ces pâtes résultent d’opérations unitaires telles que synthèse, séchage, peptisation, filtration et mise en forme (par séchage, par extrusion). Le caractère anisotrope des nano-cristaux de boehmite confère à ces systèmes, en fonction de leur concentration et de la salinité, un diagramme de phase original qui comprend, pour des nano-cristaux isolés,une transition entre une phase isotrope et une phase nématique.

Un des aspects importants du sujet concerne la compréhension de la structure hiérarchique des supports catalytiques en relation avec le trafic moléculaire. Dans le cas des granulats de boehmite ou d’alumine, une meilleure connaissance des relations de transfert entre la macro et meso porosité est très certainement à mieux comprendre.Dans le cadre de ce stage de master 2, nous nous intéresserons à des précurseurs de catalyseurs aux suspensions plus ou moins concentrées (jusqu’au milieu poreux solide) d’un colloïde modèle d’oxyde d’aluminium. Le but sera de mener une étude expérimentale de la dynamique multi-échelle des fluides confinés au sein de ce type de système. Ces fluides confinés pourront être de l’eau, des alcools ou des molécules organiques simples comme le toluène. Il s’agira de mieux comprendre l’interaction de ces molécules avec l’interface solide-liquide (ce que l’on pourrait appeler la « nano-mouillabilité »). À plus grande échelle (μm ou plus), il sera proposé d’étudier expérimentalement les propriétés de transport en confinement (au travers d’une meilleure connaissance du propagateur de diffusion par exemple), en relation avec l’architecture et la topologie de l’espace poreux. Cette étude se fera en utilisant la relaxation magnétique nucléaire bas champ magnétique. Cette technique offre, comme l’illustre la figure,une approche unique permettant de sonder la dynamique de confinement d’un fluide en interaction avec une surface solide sur des temps de corrélation allant de la ns à plusieurs microsecondes. Finalement, un travail théorique sera initié, permettant de coupler la géométrie « expérimentale » de ces matériaux poreux aux propriétés de transport diffusif.