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Doctorant(e) (H/F) pour l'étude de l'influence des propriétés de transport de l'OXYgène de la cérine sur le design RADiatif d'architectures produisant de l'hydrogène en solaire concentré (OXYRAD)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 2 juin 2022

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Informations générales

Référence : UMR6607-MICAUD-007
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : jeudi 12 mai 2022
Nom du responsable scientifique : Benoit ROUSSEAU
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

OXYRAD, projet 80 prime 2022 soutenu par la MITI du CNRS, vise à améliorer le taux production du dihydrogène (H2) à partir d'un cycle thermochimique où l'oxyde de cérium - CeO2 - est dans un premier temps réduit thermiquement (1400°C) par concentration solaire. Dans un second temps, CeO2 réduit est ré-oxydé en présence de vapeur d'eau (1000°C) générant alors H2. L'amélioration du taux de production passe, entre autres, par une compréhension accrue de l'impact de la mobilité en oxygène sur les propriétés radiatives à hautes températures, notamment au sein d'architectures poreuses de CeO2, obtenues par robocasting. Or, à ce jour, les propriétés thermo-radiatives de CeO2 sont uniquement connues à température ambiante et les propriétés de transport de l'oxygène sont étudiées sur des poudres, la texture résultante étant éloignée de celles des architectures poreuses. OXYRAD entend ainsi établir, à haute température, le lien entre le transport de l'oxygène, la texture imposée par l'élaboration et le comportement thermo-radiatif des architectures poreuses de CeO2

Contexte de travail

L'exigence européenne d'atteindre la neutralité carbone en 2050 requiert de mettre en œuvre de nouveaux procédés industriels de production de l'énergie, indépendants des ressources fossiles conventionnelles. Cet impératif s'applique ainsi à la production de dihydrogène (H2) qui pourra représenter, selon plusieurs scénarii, entre 10 et 23 % de la consommation énergétique européenne totale contre 2 % aujourd'hui. Or la majeure partie du dihydrogène industriel (95%) est obtenue à partir d'hydrocarbures (gaz, pétrole, charbon) ce qui explique les enjeux actuels autours de la mise en place d'une filière industrielle où ce vecteur énergétique doit être produit par des voies décarbonées. En alternative à l'électrolyse de l'eau, le recours à des cycles thermochimiques à deux étapes pour produire de l'hydrogène s'avère très prometteur. La société suisse Synhelion [1], spin-off de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich, s'est ainsi lancée dans la conception de réacteurs chimiques, où de l'oxyde de cérium (CeO2) sous forme de mousses à pores ouverts est réduit thermiquement sous faible pression partielle d'oxygène à 1400°C puis ré-oxydé en présence de vapeur d'eau à 1000°C, permettant l'obtention de dihydrogène. L'apport de chaleur est réalisé par concentration solaire (Fig.1). Pour rendre cette voie économiquement viable, il nécessaire d'avoir un rendement énergétique global de 20 %, équivalent à celui de l'électrolyse, contre 5 % aujourd'hui. Plusieurs défis sont à lever : (i) déposer intelligemment le rayonnement solaire concentré dans tout le volume de la céramique poreuse de CeO2 afin d'avoir un champ de température isotherme pour les réactions chimiques tout en minimisant les pertes radiatives (ii) garantir une surface d'échange solide/fluide maximisée ce qui favorise les cinétiques de ré-oxydation (iii) favoriser la création de lacunes d'oxygène dans une masse la plus importante possible de CeO2 lors de la première étape de réduction.

Contraintes et risques

-Le doctorant commencera sa thèse à Limoges pendant les 12 premiers mois et continuera à Nantes les 24 derniers mois.
-Usage de laser de chauffage.

Informations complémentaires

Le ou la doctorante, aura un cursus de type Bac+5 (ingénieur ou Master 2) en science des matériaux et/ou en science thermique. Il aura un gout prononcé par les sujets autours de la transition énergétique (production verte de H2) notamment avec le recours à l'énergie solaire.

Capacités à rédiger en français (C1) et en anglais (B2), à effectuer des présentations en français (C1) et anglais (B2)
Savoir-faire : gout prononcé pour le développement expérimental (électrique et/ou thermique et/ou optique)
Savoir-être : autonomie, sociabilité (travail avec des équipes différentes sur deux sites), sens de la réactivité

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