Description du sujet de thèse

La transition énergétique vers des énergies renouvelables est devenue une problématique sociétale prioritaire. Cependant, leur nature intermittente requiert au préalable une maitrise du stockage de l'énergie pour une restitution au besoin. À cet effet, l'utilisation d'hydrogène comme vecteur énergétique est une des solutions les plus attractives. Toutefois, son déploiement reste limité, en particulier sur le plan du développement d’un stockage sécuritaire et compact associé à une haute densité d’énergie. Compte tenu de leurs capacités élevées, le stockage solide dans les hydrures complexes de borohydrure de type LiBH4 (18.3 m% H2), représente une alternative prometteuse. Cependant, ces matériaux sont confrontés à des conditions opératoires de cyclage inadaptées (T et PH2). Les hydrures complexes d’aluminium tel que NaAlH4 (7.4 m%) représentent une autre option crédible au stockage solide de l’hydrogène. En effet, bien qu’ayant des capacités de stockage inférieures à celles des borohydrures, les alanates jouissent de propriétés thermodynamiques favorables permettant d’absorber et de désorber l’hydrogène dans des conditions modérées de pression et de température.

Cette étude vise l’élaboration de systèmes chimiques à anions mixtes borohydrure/alanate du type A(BH4)y-x(AlH4)x (A = alcalin ou alcalino-terreux). Il est espéré de cette mixité anionique un effet synergique en mettant à profit d’un côté les hautes capacités de stockage des borohydrures et d’un autre côté les propriétés thermodynamiques favorables des alanates. Ce type de systèmes n’étant quasiment pas référencés dans la littérature, des voies d’élaborations originales seront développées. Les systèmes (1-x)A(BH4)y–xA(AlH4)y seront préalablement sélectionnés en collaboration avec le groupe modélisation et calcul de l’ICMPE en charge de générer des structures à anion mixte à l’aide d’algorithmes génératifs. Les matériaux obtenus seront systématiquement analysés par DRX, IR-TF et RMN du solide 27Al et 11B afin de pouvoir déterminer leurs propriétés structurales. Des mesures des courbes d’absorption/désorption sur bancs volumétrique de type Sieverts et des analyses thermiques (ATG, DSC, thermodiffraction et désorption thermique couplées à de la spectrométrie de masse) permettront de mettre en évidence les propriétés de stockage de l’hydrogène (thermodynamiques et cinétiques) des matériaux élaborés dans ce projet.

L'étudiant(e) doit être titulaire d'un master en chimie, chimie inorganique ou science des matériaux. Il/elle devrait être très motivé(e), avec une expertise dans l'élaboration et la caractérisation physico-chimique des matériaux inorganiques, incluant des techniques de routines telles que la DRX, l'IR-TF, la RMN, l'ATG, la DSC… Le/la candidat(e) doit faire preuve d'autonomie dans son travail de recherche et de curiosité scientifique ; il/elle doit également s'épanouir au sein d'une équipe et apprécier le travail collaboratif. Une expérience dans les matériaux de stockage d'hydrogène et la synthèse en atmosphère inerte serait fortement appréciée.

Contexte de travail

La thèse se déroulera à l'ICMPE (Institut de Chimie et Matériaux Paris Est, Thiais, 94).

L'ICMPE est un centre de recherche en chimie et science des matériaux (https://www.icmpe.cnrs.fr) qui englobe un large spectre de domaines de recherche, allant de la conception à la préparation et à l'optimisation des matériaux pour des applications industrielles potentielles. Il mène des études approfondies sur de nouveaux matériaux à différentes échelles pour des applications structurales et fonctionnelles, principalement dans les secteurs du transport et de l'énergie. L'ICMPE possède une expertise considérable dans les différents aspects de la thèse : l'élaboration d'hydrures, les caractérisations thermodynamiques, structurales et physico-chimiques des matériaux élaborés. L'étudiant(e) évoluera au sein de l'équipe IHM (Interaction Hydrogène Matière) et travaillera en étroite collaboration avec le groupe MC (Modélisation Calcul).

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

Ce 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