Description du sujet de thèse

Le ou la candidat(e) retenu(e) rejoindra l’équipe « Matériaux biosourcés » de l’Institut Jean Lamour à Épinal en tant que doctorant(e). Il ou elle travaillera sous la supervision de Vincent Nicolas (Maître de conférences HDR – Université de Lorraine) et Jimena Castro Gutiérrez (Ingénieure de recherche CNRS), avec Kerri Hickenbottom (Associate Professor – University of Arizona) comme co-responsable du projet 3D-SEPARATION, financé conjointement par le CNRS et l’Université d’Arizona (UofA).
L’objectif principal de ce projet est de développer un cristalliseur solaire biosourcé imprimé en 3D, destiné à la séparation sel/eau de saumures hautement concentrées, dans le cadre d’un dessalement passif de l’eau et de la récupération des minéraux.
La thèse proposée vise à développer une cellule d’évaporation reposant sur une matrice poreuse en carbone obtenue par impression 3D (stéréolithographie) à partir de résines biosourcées. Cette matrice aura pour rôle de renforcer les performances d’évaporation de l’eau et la cristallisation du sel en augmentant la surface d’échange entre l’eau à purifier et l’air ambiant et en captant efficacement le rayonnement solaire grâce à la forte capacitée d’absorption du carbone.
Dans le cadre du projet 3D-SEPARATION, les objectifs spécifiques sont :
1. Concevoir un évaporateur solaire performant pour la séparation des sels,
2. Développer un nouveau cristalliser solaire,
3. Avancer vers la mise en œuvre de systèmes à zéro rejet liquide (ZLD).

Le/la candidat(e) travaillera au développement des bio-résines dérivés de tanins réticulables pour l'impression 3D stéréolithographique. Il/elle réalisera la pyrolyse des structures imprimées pour les transformer en carbone poreuse tout en conservant leur géométrie initiale. Le/la canditat(e) devra donc produire des structures 3D en carbone pour optimiser leur géométrie vis-à-vis de leur utilisation comme matériaux d'évaporation d’eau. Des tests préliminaires ont récemment été réalisés à l'aide d'une structure en carbone imprimée en 3D avec une géométrie inspirée de la forme des arbres pour augmenter la surface d'échange, les résultats montrent le grand potentiel de ces matériaux en tant qu'évaporateurs pour la cristallisation du sel. L'objectif sera de maximiser la production de sel et d'eau, contrairement aux études précédentes où seule la production d'eau était prise en compte. La prochaine étape consistera à développer les propriétés du matériau, soit en appliquant des post-traitements pour modifier la tension superficielle et diriger le sel vers les zones à cristalliser, soit en le mélangeant avec d'autres matériaux tels que des hydrogels pour favoriser l'évaporation de l'eau. En parallèle, il faut trouver une conception optimale pour optimiser le transfert de masse et de chaleur. Différentes matrices de matériaux qui favorisent la cristallisation sélective et améliorée seront également évaluées. Pour cela, une approche numérique est envisagée pour modéliser les phénomènes existants et optimiser la cristallisation et la récupération par gravité. Les géométries qui favorisent un taux d'évaporation élevé et la fixation des cristaux seront sélectionnées pour être testées à l'Université d’Arizona (Tucson).

Compétences :
Le/la candidate doit être titulaire d'un Master 2 ou équivalent, avec une spécialisation en « matériaux », « chimie », « sciences de l'ingénieur », « énergie » ou « transferts en milieux poreux ». Une expérience dans l'étude des matériaux carbonés sera requise. Les autres critères essentiels sont la réactivité, l'autonomie au sein du laboratoire, et la capacité à travailler en équipe. Une excellente maîtrise de l’anglais est indispensable, des séjours au WEST CENTER à Tucson (Arizona) seront à prévoir durant la thèse. Une maîtrise de la langue française sera également grandement appréciée.

Contexte de travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine.
Il est rattaché à l’Institut de Chimie du CNRS. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
L'IJL compte 263 permanents (30 chercheurs, 134 enseignants-chercheurs, 99 IT-BIATSS) et 394 non-permanents (182 doctorants, 62 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 150 stagiaires), de 45 nationalités différentes. Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays. L'IJL est basé à Nancy, sur le campus Artem et plusieurs de ses équipes sont localisées sur d'autres campus nancéiens ainsi qu'à Metz et Epinal (Campus Bois, où se situe l'équipe d'accueil).


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

Des séjours à Tucson (Arizona – USA) de 1 à 2 semaines par an seront nécessaires pour le bon déroulement du projet.