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Thèse de Doctorat (H/F) sur la synthèse eco-efficiente de l'ammoniac pour l'énergie et l'agrochimie

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Informations générales

Référence : UMR7285-FABCAN-001
Lieu de travail : POITIERS
Date de publication : lundi 22 juin 2020
Nom du responsable scientifique : Fabien Can
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Le/la doctotant(e) recruté(e) au CNRS au sein de l'IC2MP travaillera sur la synthèse de l'ammoniac (N2 + 3H2 --> 2NH3. Celle-ci est est le fondement de toute l'industrie chimique liée à l'azote. En effet, le diazote atmosphérique (N2) présente une liaison covalente triple qui lui confère une très grande stabilité (945 kJ.mol-1). Sa transformation en NH3 permet de fixer l'azote atomique, en particulier pour une application liée à la fertilisation des sols. De plus, NH3 peut également servir au stockage chimique de l'énergie. Pour ces raisons, l'ammoniac est une molécule plateforme d'intérêt majeur avec une production actuelle d'environ 180 millions de tonnes par an, directement corrélée à l'évolution démographique mondiale [1].
Le procédé usuel de synthèse de l'ammoniac (dit Haber-Bosch) nécessite l'utilisation de températures élevées (400-600°C) et d'un catalyseur afin d'atteindre une cinétique de réaction significative, ainsi que de très hautes pressions (100-200 bars) car la thermodynamique n'est pas favorable à ces températures. Ces conditions de synthèse combinées à la forte demande mondiale font que la production de NH3 est à l'origine de 1 à 2 % de la consommation totale en énergie dans le monde.

Ce sujet de thèse vise à optimiser le procédé Haber-Bosch par l'emploi de catalyseurs de nouvelle génération actif dans des conditions plus douces de température et de pression. Pour cela, des matériaux de type électrures intermétalliques RTX (R = terre rare ; T = métal de transition; X = Si, Ge), associés au ruthénium, seront principalement évalués. Ces matériaux sont donneurs d'électron et capables de stocker l'hydrogène. Ces propriétés permettent à la fois d'activer plus facilement la triple liaison du diazote et également de limiter l'empoisonnement de la phase métallique par les hydrures.
Le travail du/de la doctorant(e) recruté(e) en thèse à Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers (IC2MP) consistera à (i) caractériser les propriétés métalliques (Ru) et chimiques des catalyseurs, notamment leurs capacités à activer N2/H2 par échange isotopique et (ii) étudier la synthèse catalytique de NH3 sur différentes familles de matériaux (performances catalytiques, étude cinétique; ...). L'ensemble des résultats attendus doit permettre l'élaboration d'un mécanisme réactionnel, notamment en décrivant les étapes déterminantes de la réaction en s'appuyant sur des expériences dynamiques transitoires, par exemple.

Le/La candidat(e) devra posséder un master 2 en chimie. Une option en catalyse, environnement ou chimie analytique est vivement conseillée. Le/La candidat(e) devra posséder des bases solides en catalyse. Une expérience en caractérisation des solides sera un atout (DRX, MET, Chimisorption, Infrarouge,…). Il/elle doit avoir une aisance en communication écrite et orale (en particulier en anglais).

[1] H. Liu, Ammonia synthesis catalyst 100 years: Practice, enlightenment and challenge, Chin. J. Catalysis 35, 1619–1640, (2014)

Contexte de travail

Ce sujet de thèse s'effectuera à l'IC2MP en étroite collaboration avec l'Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), en charge de la synthèse des catalyseurs. Des déplacements/séjours à Bordeaux (ICMCB) au cours de la thèse ne sont pas exclus.
Le sujet sera financé par la région Nouvelle Aquitaine et l'Agence Nationale de la Recherche.

Contraintes et risques

Les contraintes sont relatives au lieu de travail : laboratoire de recherche en catalyse hétérogène.
Le/la candidat(e) manipulera donc des produits chimiques et utilisera les techniques de caractérisation classiques (DRX, MET, IR,...), en lien avec les risques d'exposition associés.

Date limite de réception des candidatures: 12 juillet 2020

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