Description du sujet de thèse

Mots-clefs : économie circulaire ; recyclage de déchets calciques ; réactions de dissolution/précipitation ; calculs d’équilibres thermodynamiques ; caractérisation de matériaux

Profil recherché : Etudiant titulaire d’un Master 2 ou diplôme d’ingénieur avec une forte appétence pour l’expérimentation et une formation en physico-chimie, chimie, géochimie ou génie chimique.

1. Contexte

Le béton est un élément incontournable du secteur de la construction. Matériau le plus consommé dans le monde après l’eau, il est estimé que la production du ciment nécessaire à sa production est responsable à elle seule de 7% des émissions anthropiques de dioxyde de carbone. Dans un contexte où la demande en béton ne cesse de croître, la production de ciment bas carbone constitue le défi majeur auquel l'industrie cimentière fait face pour sa décarbonation.
Dans ce contexte, le LGC participe au projet PRECIZE (www.zabala.fr/succes/projet-precize/), un projet industriel majeur soutenu par l’Agence de la Transition Ecologique (ADEME) et coordonné par le groupe IMERYS (www.imerys.com) qui porte sur le développement d’une cimenterie en co-valorisant des matières premières secondaires (déchets calciques) et du CO2 résiduel incompressible émis par la cimenterie. Le projet PRECIZE vise ainsi à contribuer à la circularisation de l'industrie de la construction et s’inscrit dans les objectifs du plan d’investissement FRANCE 2030 (https://www.economie.gouv.fr/france-2030).

2. Objectifs de la thèse

Les objectifs de la thèse, qui sont intégrés à ce projet industriel ayant débuté en février 2024 pour une durée de 7 ans, concernent l’étude et la validation de réactions de transformation en voie aqueuse de matières secondaires calciques en présence de CO2 dans le but de produire des produits réutilisables dans différents marchés du groupe IMERYS. Le travail constitue une brique fondamentale du développement de ce procédé innovant et s’attachera plus particulièrement à étudier les réactions de dissolution/précipitation de matériaux modèles, puis de matériaux de provenance industrielle issus de circuits de recyclage de déchets de déconstruction. Une attention particulière sera prêtée à l’effet des impuretés présentes dans le système réactionnel. La cible de la thèse est d’apporter les éléments scientifiques et techniques nécessaires pour envisager la mise en œuvre de cette réaction à l’échelle d’un procédé industrialisable.

3. Missions

Modélisation : Le doctorant aura en charge un travail de modélisation consistant à calculer les équilibres solide-liquide afin de déterminer les conditions physico-chimiques favorables aux réactions de dissolution et de précipitation ainsi que d’évaluer l’influence des impuretés sur les équilibres. Il sera formé à l’utilisation du logiciel (OLI system) pour effectuer ces calculs.
Expérimentation : Une part importante du travail consistera à réaliser des essais expérimentaux, dans un réacteur d’1 L instrumenté (contrôle de pH, débits d’ajouts des réactifs, dispositif de croissance à composition constante), et à quantifier les différentes caractéristiques réactionnelles : cinétiques des réactions, rendement de dissolution et de précipitation, nature du produit obtenu (pureté, composition chimique et minérale, granulométrie). Le doctorant sera formé(e) à l’utilisation des diverses techniques analytiques (ICP, analyses thermo-gravimétrique) disponibles au laboratoire. En relation avec les objectifs, le doctorant sera amené à proposer et à réaliser des expériences spécifiques pour comprendre le comportement des impuretés (Fe et Si) dans le processus.

4. Profil du candidat

De niveau bac+5, le candidat (H/F) devra impérativement disposer d'une première expérience de recherche. Le sujet proposé requiert avant tout un goût prononcé pour l’expérimentation et le développement de procédés. Le candidat devra avoir des bases solides en physico-chimie et en chimie des solutions aqueuses. La connaissance des techniques de caractérisation des matériaux, d’analyse des solutions et/ou de thermodynamique des procédés sera un atout.

5. Pour candidater

Toute candidature doit être déposée sur le Portail Emploi CNRS. La date limite pour candidater à ce sujet de thèse est fixée au 31 mai 2024. En complément, les candidatures doivent être envoyées aux contacts suivants : laurent.cassayre@toulouse-inp.fr ; isaac.rodriguezruiz@toulouse-inp.fr ; sebastien.teychene@toulouse-inp.fr
Le dossier de candidature (sous forme d’un unique fichier pdf) doit contenir les informations suivantes :
- CV synthétique, avec notamment la situation professionnelle actuelle et les diplômes obtenus,
- Cursus scolaire et relevés des notes,
- Sujet de stage de recherche et lettre d’appréciation de l’encadrant(e),
- Niveau d’anglais,
- Lettre de motivation montrant l’adaptation du profil du candidat au sujet proposé.

Références bibliographiques

Q. Chen, W. Ding, H. Sun, T. Peng, G. Ma, Utilization of Phosphogypsum to Prepare High-Purity CaCO3 in the NH4Cl–NH4OH–CO2 System, ACS Sustainable Chem. Eng. 8 (2020) 11649–11657. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c03070.
R.H. Geraldo, S.M.M. Pinheiro, J.S. Silva, H.M.C. Andrade, J. Dweck, J.P. Gonçalves, G. Camarini, Gypsum plaster waste recycling: A potential environmental and industrial solution, Journal of Cleaner Production. 164 (2017) 288–300. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.188.

Contexte de travail

Contexte professionnel

La thèse se déroulera au Laboratoire de Génie Chimique (LGC http://www.lgc.cnrs.fr/), qui est une unité mixte de recherche entre l’Institut National Polytechnique de Toulouse, l’Université Paul Sabatier et le Centre National de la Recherche Scientifique.
Le doctorant sera inscrit à l’Ecole doctorale MEGEP (https://adum.fr/as/ed/megep/index.html). Il sera salarié de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, via un contrat doctoral de 36 mois. Les travaux de thèse seront co-dirigés Laurent Cassayre (chercheur CNRS au LGC), Sebastien Teychené (Prof. Ensiacet/LGC) et Isaac Rodriguez Ruiz (chercheur CNRS au LGC).
Dans le cadre du projet PRECIZE, le doctorant sera amené à collaborer avec d’autres doctorants au sein du LGC, et à rendre compte de ses travaux au sein du consortium coordonné par IMERYS ainsi qu’à la communauté scientifique académique.