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Offre thèse : Etude de la conversion thermochimique de lignines extraites des liqueurs noires de procédés papetiers (H/F)

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

Date Limite Candidature : mardi 18 juin 2024 23:59:00 heure de Paris

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Offre thèse : Etude de la conversion thermochimique de lignines extraites des liqueurs noires de procédés papetiers (H/F)
Référence : UMR7274-YANLEB-004
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANCY
Date de publication : mardi 28 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2135,00 € bruts mensuels
Section(s) CN : Chimie des matériaux, nanomatériaux et procédés

Description du sujet de thèse

Le sujet de cette thèse concerne l'étape de précipitation de la lignine présente au sein des liqueurs noires assistée par CO2 couplée à une conversion par pyrolyse pour produire des molécules d'intérêts (phénols). Un des verrous technologiques associé à la pyrolyse des lignines est l'agglomération et le colmatage des réacteurs : lors de la pyrolyse, les lignines forment un matériau intermédiaire réactif collant converti en charbon et en produits liquides (bio-huiles), générés sous forme d'aérosols ou de vapeurs condensées dans des unités de pyrolyse. L'enjeu scientifique de la pyrolyse de la lignine est de contrôler la composition des liquides (monomères, oligomères adaptés) et la structure du charbon (biochar) produit.
Les objectifs de ce doctorat sont :
- d'optimiser l'étape de précipitation des lignines à partir des liqueurs noires du projet DREAM en réacteur semi-continu : étude de l'effet de la température, pression, pH. Caractériser les produits obtenus (GC, LC, RMN, IR, Analyses thermiques,…)
- d'étudier la pyrolyse des lignines obtenues en réacteur lit fluidisé (et autres) : débits, températures, comportement de fluidisation du lit en fonction des lignines. Étude hydrodynamique par visualisation in-situ du réacteur. Caractérisation des produits obtenus (GC, LC, RMN, IR, Analyses thermiques,…).
-) d'étudier la liquéfaction oxydante des lignines obtenues en réacteur batch et/ou continu : débits, températures, pression. Caractérisation des produits obtenus (GC, LC, RMN, IR, Analyses thermiques,…).

Le développement de procédés alternatifs biosourcés est l'un des enjeux majeurs d'une économie durable soucieuse de préserver l'environnement. Dans les usines de fabrication de la pâte à papier (de la matière première bois à la pâte), la cellulose (fibres) est séparée de la lignine, de l'hémicellulose et des molécules inorganiques. Environ 100 millions de tonnes de bois sont valorisés pour une production de 85 millions de tonnes de pâte en Europe (données 2022, incluant l'usage de papier recyclé – 185 millions de tonnes dans le monde, 7 millions de tonnes en France). Le procédé le plus utilisé est le procédé Kraft (90 % de la production mondiale) qui met en œuvre le traitement (digestion) des fibres de bois dans une solution aqueuse appelée liqueur blanche contenant de l'hydroxyde de sodium et du sulfure de sodium. Ainsi, les liqueurs noires (BL) sont un flux de déchets issu du procédé Kraft obtenu après délignification de la biomasse (bois) lors de l'opération de digestion. Avec plus de 500 millions de tonnes/an de BL générés dans le monde le traitement et la valorisation des BL est un enjeu industriel et environnemental important.
Actuellement, les BL sont concentrées par des systèmes d'évaporateurs multiples et sont ensuite brûlées pour régénérer les matières inorganiques et récupérer de la chaleur nécessaire au procédé Kraft. Les systèmes d'évaporation ayant une capacité fixe, ils constituent actuellement un goulot d'étranglement par rapport à une potentielle augmentation de production au sein des usines utilisant le procédés Kraft. En effet, ces usines ne peuvent produire plus de pâte à papier sans prendre le risque de ne pouvoir régénérer l'ensemble des sous-produits formés. Ainsi, l'exploration de procédés alternatifs pour une partie des BL produites pourrait bénéficier aux usines de pâte à papier en réduisant les émissions de CO2 et en produisant une grande variété de composés biosourcés : lignine, composés phénoliques, aromatiques, acides. À moyen terme, ces usines de pâte à papier présentent un potentiel pour se transformer en bioraffineries forestières intégrées, produisant une large gamme de produits biosourcés.
De nombreuses stratégies de valorisation ont été explorées pour extraire/séparer les composés d'intérêt (filtration membranaire, extraction liquide-liquide, décantation, distillation) ou pour transformer les BL directement en un vecteur énergétique (gazéification, pyrolyse, traitement hydrothermaux).
C'est dans ce contexte de nécessité de développement que le projet EIC Pathfinder DREAM (processing complex matrices : Description, REAction-separation, Modelling) financé par le Conseil Européeen s'inscrit. Le projet DREAM a pour ambition de contribuer à des avancées scientifiques majeures dans l'étude des matrices complexes (liqueur noire comme étude de cas) avec potentiellement un futur développement industriel « sur site ». Plusieurs voies de séparation/extraction sont étudiées dans le projet DREAM (séparation membranaires, précipitation, filtration membranaire) suivi de plusieurs voies de transformations/purification (Distillation réactive, Procédés thermochimiques).

Contexte de travail

Cette thèse se déroulera à l'Université de Lorraine (UL) au Laboratoire Réaction et Génie des Procédés (LRGP – UMR CNRS 7274) à Nancy (54000, France). Plusieurs séjours seront réalisés à IRCELYON pour l'étape de liquéfaction oxydante.

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

Cette thèse se base sur de nombreux essais en laboratoire (thèse expérimentale) sur des installations pilotes : risques thermiques, mécaniques, électriques et chimiques.

Informations complémentaires

https://cordis.europa.eu/project/id/101130523