Doctorant en catalyse hétérogène

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant en catalyse hétérogène (H/F) : Développement de nouveaux catalyseurs pour la décomposition thermocatalytique contrôlée de l’ammoniac pour la production d’hydrogène
Référence : UMR8181-AXELOF0-001
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : VILLENEUVE D ASCQ
Date de publication : lundi 6 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Chimie de coordination, catalyse et procédés, interfaces

Description du sujet de thèse

Lors de la COP28 (Dubaï, 2023), l’ensemble des acteurs internationaux ont appelé pour la première fois à une transition impliquant l’abandon progressif des énergies fossiles. Lors de cet évènement, les armateurs internationaux se sont également unit pour accélérer la décarbonation du secteur du transport maritime responsable d’environ 3% des émissions de gaz à effet de serre. Pour y parvenir, la production d’hydrogène à partir de sources renouvelables associée à sa distribution directe semble idéale. Cependant, le stockage, le transport de l’hydrogène et son utilisation pour la mobilité lourde longue distance restent très complexes et couteux. Sa faible densité énergétique volumétrique (9.9 MJ/m3) et le faible point d'ébullition de l'hydrogène (-253°C) nécessitent à la fois des pressions élevées et des températures basses pour un stockage et un transport réalisable. De plus, l’hydrogène a tendance à endommager les matériaux métalliques (corrosion, perméation et fragilisation) entraînant d’important risques de fuites et d’explosions. Le stockage de l'énergie de l'hydrogène dans les liaisons chimiques de composés transporteurs comme le méthanol, l’ammoniac, ou les LOHC (liquid organic hydrogen carrier) est proposé comme solution pour faciliter le transport et l'utilisation de l'hydrogène.
Parmi ces vecteurs, l'ammoniac se distingue par ses nombreux avantages tels que son processus de liquéfaction moins énergivore et coûteux et son potentiel pour une économie basée sur des infrastructures existantes et sa possible utilisation comme carburant décarboné pour le transport maritime. De plus, l'ammoniac présente une densité volumétrique en hydrogène supérieure à celle de l'hydrogène comprimé et liquéfié (108 vs 70.8 kgH2/m3). Cependant, sa décomposition pour produire de l'hydrogène nécessite des températures élevées et est limitée par la cinétique de réaction. L’enjeu consiste à décomposer le NH3, soit de manière totale afin de récupérer l’hydrogène pour d’autres usages, soit de manière partielle pour améliorer les propriétés de combustion de l’ammoniac.
Au cours des deux dernières décennies, de nombreux catalyseurs, principalement métalliques comme le Ru et le Ni ont été testés pour catalyser la décomposition de NH3 à basse température, le ruthénium se démarque par sa performance supérieure mais son coût très élevé et sa rareté limitent son utilisation industrielle. Cette thèse vise à relever le défi de l'utilisation industrielle de l'ammoniac comme vecteur d’hydrogène et combustible alternatif propre, en se concentrant sur le développement de catalyseurs économiquement viables et performants pour sa décomposition à basse température. D’une part, une alternative au catalyseur pour la décomposition totale d’ammoniac sera recherchée notamment par la synthèse, caractérisation et test de catalyseurs monométalliques non nobles, les systèmes bimétalliques et les phases actives à base d'amides et d'imides. D'autre part, la décomposition contrôlée de l'ammoniac sera également étudiée pour favoriser un ratio ammoniac/hydrogène optimal, améliorant ainsi l'allumage et la combustion tout en minimisant les émissions d'oxydes d'azote. Cette recherche sera menée en privilégiant l’exploration approfondie du potentiel des nitrures de métaux de transition en tant que catalyseurs

Contexte de travail

Le travail de thèse sera effectué dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire UCCS (CNRS) et l’entreprise SEGULA Technologies et bénéficiera d’un co-financement de la Région Hauts de France et de SEGULA Technologies.
La thèse permettra au candidat d’être formé à la recherche et de développer des compétences en synthèses/caractérisations de catalyseurs et en réalisation de tests catalytiques. L’étudiant sera aussi formé à de nombreuses techniques de caractérisation permettant d’étudier les catalyseurs préparés (porosimétrie, analyse texturales et structurale, ATG/DSC, DRX, analyses spectroscopiques Raman, . Des formations complémentaires générales en Propriété Intellectuelle, sécurité, éthique sont dispensées dans le cadre de l’Ecole Doctorale. Enfin, cette thèse présente l’opportunité de pouvoir évoluer au sein d’un laboratoire de recherche reconnu à l’international en étant impliqué dans une équipe R&I de SEGULA Technologies.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le doctorant sera inscrit à l’Université de Lille, dans l’école doctorale « Science de la Matière, du Rayonnement et de l'Environnement » (ED SMRE - 104), spécialité « Chimie theorique, physique, analytique (DS4) »
Le poste est susceptible d’être situé dans une « zone à régime restrictif » au sens de l’article R. 413-5-1 du code pénal. Si tel est le cas, la nomination et/ou l’affectation ne pourront intervenir qu’après autorisation d’accès délivrée par le chef d’établissement, conformément aux dispositions de l’article 20-4 du décret n°84-431 du 6 juin 1984.

Informations complémentaires

Titulaire d’un master ou école d’ingénieur dans le domaine de la chimie et/ou des matériaux et/ou de la catalyse hétérogène, motivé(e) sérieux(se), méthodique et intéressé(e) par des travaux de recherche appliquée.
Connaissances linguistiques : Bonne maîtrise de l’anglais indispensable
Autre qualification : Une expérience de quelques techniques de caractérisation serait un plus.
Documents à fournir: CV, letter de motivation, copie de pièce d’identité, copie du diplome ou du certificate d’études, relevés des notes.