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Doctorant (H/F) : Couplage des ultrasons à des catalyseurs nanostructurés pour la conversion sélective de molécules biosourcées en produits d'intérêt

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

Date Limite Candidature : jeudi 29 avril 2021

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Informations générales

Référence : UMR7285-SABVAL-001
Lieu de travail : POITIERS
Date de publication : jeudi 18 mars 2021
Nom du responsable scientifique : Sabine Valange
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 juin 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Dans le contexte de la catalyse, le développement d'une chimie plus durable implique de réaliser des réactions avec des sélectivités et des rendements élevés tout en utilisant des conditions expérimentales respectueuses de l'environnement (éco-conception). Par ailleurs, l'introduction de carbone renouvelable dans les procédés chimiques modifie fondamentalement les processus catalytiques par la prise en compte de la polyfonctionnalité des substrats biosourcés, de leur instabilité thermique, de la présence d'eau, etc. Le recours à des technologies alternatives d'activation issues de la physique (ex. ultrasons) en association avec un catalyseur adapté au milieu réactionnel utilisé, permet ainsi non seulement l'activation à basse température de molécules récalcitrantes, mais également de contrôler, voire modifier, la sélectivité des réactions étudiées. Ce concept de catalyse assistée permet d'accéder à des molécules biosourcées difficilement accessibles par les voies traditionnelles de la (bio)catalyse. Récemment, l'étude de la synergie entre un catalyseur nanostructuré (CuO) et l'activation ultrasons haute fréquence a permis de favoriser la conversion sélective du glucose en acide glucuronique, alors que le catalyseur seul ou les ultrasons seuls conduisent à la formation d'acide gluconique. Cette approche synergique "catalyse(eur)/méthode d'activation/réaction" a conduit à comprendre le mode d'action du catalyseur et son interaction avec les ultrasons dans le contrôle de la sélectivité de la réaction.

L'objectif de cette thèse vise à aller plus loin dans la compréhension des mécanismes réactionnels en catalyse assistée, afin d'étudier plus en détail le potentiel de rupture que représentent les ultrasons basse et haute fréquence comme technologie alternative d'activation dans le domaine de la chimie fine. Dans cette optique, la synergie entre la sonochimie (utilisation des ultrasons) et des catalyseurs nanostructurés à propriétés de surface définies est recherchée, afin d'induire la nucléation des bulles de cavitation à proximité des sites catalytiques ; un aspect important pour contrôler la réactivité des radicaux formés et la sélectivité des réactions étudiées.
La mission du/de la doctorant(e) s'articulera autour de (i) la synthèse de matériaux catalytiques par des méthodes de préparation originales, (ii) leur caractérisation physico-chimique, (iii) la mise en œuvre des réactions de sonocatalyse en oxydation sélective de molécules fonctionnelles biosourcées en produits chimiques de spécialité à fort impact industriel, (iv) l'étude des interfaces à l'échelle nanométrique entre les sonocatalyseurs et les bulles de cavitation afin d'appréhender les mécanismes réactionnels mis en jeu.
L'identification et la compréhension de la nature des phénomènes physiques ou chimiques mis en jeu, la nature des espèces formées, l'interaction de ces espèces avec la surface des sonocatalyseurs et le contrôle de leur réactivité, sont autant d'aspects qu'il sera nécessaire d'appréhender afin de contrôler la sélectivité des réactions étudiées.

Contexte de travail

Cette thèse sera réalisée au CNRS à l'Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) qui est une unité mixte entre l'Université de Poitiers et le CNRS rassemblant 280 personnes. Il s'agit d'un institut interdisciplinaire en Chimie et Géosciences qui étudie (1) la conception de réactions éco-efficientes (catalyse, technologies alternatives, bio-solvants, etc.) et (2) le transfert de molécules organiques dans les écosystèmes. Les recherches développées à l'IC2MP s'inscrivent dans une démarche globale d'écoconception (voir : https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/). Le/La doctorante sera rattachée à l'ED Théodore Monot. Il/Elle fera partie de l'équipe "Catalyse et Milieux Non-Conventionnels", spécialisée dans le couplage de la catalyse à des techniques d'activation alternatives (ultrasons, broyage réactif, microondes, plasma non-thermique, etc.) pour la conversion du carbone renouvelable en molécules de chimie de spécialité. Le/La doctorant(e) sera sous la responsabilité des deux chefs de projet.
Il/Elle disposera de tous les moyens expérimentaux pour mener à bien sa recherche avec les conditions de sécurité requise au sujet.
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un programme de Recherche Collaboratif International (PRCI) financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) impliquant un autre partenaire académique. Le/La doctorant(e) devra remettre des rapports de recherche réguliers en anglais (au moins deux fois par an) et sera en relation directe avec le partenaire étranger de ce projet grâce aux réunions trimestrielles d'avancements de travaux. Il/elle pourra ainsi acquérir de solides compétences dans les domaines des ultrasons, de la (sono)catalyse, de la préparation/caractérisation de catalyseurs nanostructurés et de la transformation sélective de la biomasse.

Contraintes et risques

- Manipulation de produits chimiques
- Expériences sous ultrasons
- Le/La doctorant(e) sera soumis au règlement intérieur du laboratoire pour ce qui concerne toutes les règles d'hygiène et sécurité.
- Des déplacements/séjours de courte durée à l'étranger au cours de la thèse ne sont pas exclus.

Informations complémentaires

De formation Ingénieur ou Master 2 en chimie, des connaissances en catalyse hétérogène et chimie des matériaux (synthèse et caractérisation de catalyseurs) seront demandées. Une expérience ou des connaissances dans le domaine de la biomasse et/ou sonochimie représenteront un point positif supplémentaire dans la candidature.
Le/La doctorant(e) devra démontrer un goût pour la prise de risque, un bon esprit critique, une bonne autonomie dans le travail, la capacité de travailler avec une équipe pluridisciplinaire et d'excellentes aptitudes de communication orale et écrite. La maîtrise de l'anglais scientifique sera indispensable pour le reporting des travaux à l'écrit et à l'oral et pour les échanges réguliers avec le partenaire étranger impliqué dans ce projet.

Les candidatures devront inclure un CV détaillé ; une lettre de motivation en français et en anglais, un résumé d'une page du mémoire de master (en français et en anglais) ; au moins deux contacts de recommandation (encadrants de stage, responsables de filière, etc.) ; les notes de Master ou école d'ingénieur.

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