Description du sujet de thèse

Résumé du sujet :
Cette thèse vise à concevoir et à caractériser de nouveaux fluides de travail pour cycles thermodynamiques, à l’aide de modèles génératifs d’IA, pour améliorer le rendement énergétique des centrales thermiques et des pompes à chaleur [1, 2]. Ces nouveaux composés chimiques sont des fluides répondant aux critères de transformation chimique du type "A2 ⇄ 2A", lorsqu'ils sont soumis à des variations de température et de pression dans les unités du cycle thermodynamique. Il s’agit donc de fluides réactifs. Lors de cette thèse, des modèles d'intelligence artificielle seront développés, tels que des encodeurs variationnels automatiques (VAE) et des réseaux antagonistes génératifs (GAN), pour caractériser et générer ces composés chimiques innovants.

Approche méthodologique :
Le projet débutera par la construction et l'entraînement de modèles génératifs qui utiliseront des représentations moléculaires (comme les chaînes SMILES) pour explorer l'espace chimique. Ces modèles permettront de générer des candidats moléculaires potentiels et de simuler leurs transformations sous des conditions spécifiques de température et de pression. Une validation des propriétés thermodynamiques et de la stabilité des composés générés sera réalisée à l'aide d'outils de chimie computationnelle (e.g., RDKit, calculs semi-empiriques). L'approche sera complétée par l'utilisation de GAN pour diversifier et comparer les résultats obtenus avec ceux des VAE.

Compétences requises :
Le candidat recherché doit posséder de solides compétences en intelligence artificielle, ainsi qu'une expertise en programmation, notamment en Python et dans l'utilisation des bibliothèques de deep learning. Une connaissance approfondie des principes de la thermodynamique des fluides et de la simulation moléculaire sera également appréciée.

Impact attendu :
La thèse permettra de proposer de nouveaux fluides énergétiques répondant à des critères spécifiques de performance et de durabilité, ouvrant la voie à des améliorations significatives des rendements énergétiques dans le secteur des centrales thermiques et des pompes à chaleur.

Contexte de la recherche à effectuer :
La thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche SPARTA, financé par le programme France 2030 et dirigé par NEEXT Engineering [3]. Ce projet est réalisé en collaboration avec le laboratoire LRGP du CNRS et l'industriel EDF Arabelle Solutions. En s'appuyant sur les résultats préliminaires du projet REACHER [4], financé par le Conseil Européen de la Recherche, le projet SPARTA a pour objectif de démontrer, jusqu'au niveau de maturité technologique 6 (TRL6), comment l'utilisation de fluides de travail réactifs peut améliorer l'efficacité des centrales électriques par rapport à l'utilisation de fluides inertes.

Lieu : Laboratoire Réactions et Génie des Procédés

Directeurs de thèse : Dr. Silvia Lasala (silvia.lasala@univ-lorraine.fr) et Dr. Roda Bounaceur (roda.bounaceur@univ-lorraine.fr).

Références :
[1] Lasala S. et al., 10.1016/j.enconman.2020.113685
[2] Lasala S., article de communication (https:/www.europeandissemination.eu/wp-content/uploads/2023/11/REACHER-FINAL.pdf)
[3] Site web de NEEXT Engineering et du projet SPARTA : https://neext.engineering/
[4] Site web du projet REACHER : https://www.univ-lorraine.fr/erc-reacher/

Contexte de travail

Le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (UMR 7274) est une unité mixte du CNRS et de l'Université de Lorraine créée le 1er janvier 2010 et basée à Nancy. Son objectif scientifique général concerne l'étude des procédés pris dans leur globalité et leur complexité. Le LRGP développe des connaissances scientifiques et technologiques nécessaires à la conception, l'étude, la conduite et l'optimisation des procédés complexes de transformation physico-chimiques et biologiques, de la matière et de l'énergie. L'unité compte plus de 300 personnes, avec près de 20 chercheurs CNRS, 80 enseignants chercheurs, 45 personnels techniques et administratifs et 180 personnels non permanents (chercheurs sur contrats, 85 doctorants, post-doctorants, masters.

Ce projet de recherche sera réalisé dans l'axe CiTherE qui est constitué de spécialistes en cinétique chimique, thermodynamique et génie de la réaction chimique. Les domaines d'études sont principalement centrés sur l'énergie et ont pour objectif le développement de systèmes énergétiques plus performants, plus économes et plus respectueux de l'environnement, à travers une approche couplant la chimie physique et le génie des procédés. Les travaux expérimentaux et théoriques développés au sein de cet axe conduisent à une approche originale permettant de passer de la compréhension et de la modélisation des phénomènes à l'échelle moléculaire à l'échelle du réacteur ou du procédé.

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.

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.