Chaire EleTher

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Présentation

L’acronyme EleTher (Electrolyte Thermodynamics) signifie thermodynamique des électrolytes.

La Chaire EleTher est soutenue par l’Association de Formation pour l’Industrie (AFI), un des partenaires historiques de l’École. Validée par le Conseil d’Administration d’AFI le 2 mars 2021, elle est hébergée au sein du centre Procédés pour l’énergie et la chimie d’IFP School.

Avec le lancement de cette nouvelle chaire, IFP School vise à accélérer la recherche sur la connaissance des propriétés thermodynamiques des déchets aqueux contenant des métaux, des acides et des bases, des solvants organiques au service de l’économie circulaire.

Contexte

Un des objectifs de la Loi sur l’économie circulaire est le développement du recyclage, une fois le matériau ayant atteint son usage ultime, et ce afin de réduire les impacts environnementaux de ces matières.

Économie circulaire

Pour répondre à cet objectif, des procédés de recyclage sont en cours de développement pour que les déchets deviennent de nouvelles ressources. De nombreux efforts se concentrent actuellement sur le recyclage des plastiques mais d’autres déchets sont produits dans le cadre de la transition écologique comme les batteries ou encore les catalyseurs.

Les défis des procédés de recyclage portent essentiellement sur une bonne connaissance de leurs charges à traiter. En effet, une charge issue de l’économie circulaire provient de différentes sources, de différentes filières de tri, collecte et traitement ; elle est de plus abondante en eau. Or peu de données existent aujourd’hui sur ces mélanges électrolytiques complexes.

Les industriels et en premier lieu les concepteurs de logiciels de simulation de procédés, sont en attente de modèles thermodynamiques qui permettent une approche prédictive afin d’obtenir des résultats avec le moins de données possible, tout en assurant un niveau de confiance suffisant pour évaluer des schémas de traitement.

Les besoins en matière de connaissances scientifiques approfondies et de nouvelles compétences dans le domaine de la thermodynamique des électrolytes émergent. Le chantier est vaste et l’efficacité des travaux menés sera décuplée si les scientifiques travaillent en communauté.

La chaire EleTher s’inscrit dans cette communauté et bénéficie de travaux déjà réalisés au sein d’IFP Energies nouvelles (IFPEN). Le porteur de la chaire anime un groupe d’industriels autour d’un joint industry project (JIP) composé de sept partenaires. Il participe également aux travaux d’un consortium de recherche européen en partenariat avec trois universités reconnues dans ce domaine.

Axes de recherche "Modélisation thermodynamique des électrolytes au service de l’économie circulaire"

Sur la période 2021-2023, les livrables de la chaire sont constitués des travaux de deux thèses, de post-docs et de stagiaires.

Tous les travaux concourent à mieux modéliser la thermodynamique des électrolytes au service de l’économie circulaire. Ils visent quatre objectifs :

  • comprendre les phénomènes observés par une analyse des données expérimentales ;
  • comprendre la physique fondamentale à l’origine des interactions entre espèces par l’utilisation de modèles atomistiques ;
  • développer des outils macroscopiques (équations d’état) utilisables dans des simulateurs de procédés ;
  • évaluer la sensibilité des simulations par rapport aux données utilisées.

Les modèles actuels ne permettent pas de prédire correctement les fortes concentrations en espèces ioniques ou les hautes températures ; ce sera l’objet de la première thèse intitulée : "Analysis of electrolyte solvation within the primitive equation of state framework". Une seconde thèse sera lancée fin 2021 pour étendre le sujet aux molécules organiques électrolytiques.

Formation, éducation et dissémination : les 3 piliers de la chaire

La chaire EleTher s’attache à développer :
 

  1. La formation : en contribuant à la formation et à l’animation d’une nouvelle génération de chercheurs et d’experts internationaux sur la thermodynamique des électrolytes.
     
  2. L’éducation dans l’enseignement supérieur : au-delà des travaux de recherche, la chaire joue un rôle important de passerelle entre les activités de recherche et d’enseignement à IFP School, au sein des programmes Énergie et Procédés, Processes and Polymers et du master orienté recherche Catalyse et procédés, porté par l’université de Lille et co-accrédité par Centrale Lille et IFP School. En effet, les travaux vont alimenter des modules avancés de thermodynamique pour les élèves d’IFP School, motivé(e)s pour être acteurs de la transition écologique et soucieux de développer l’économie circulaire.
     
  3. La dissémination : en mettant à disposition les résultats de recherche et les outils pédagogiques au sein du JIP EleTher et des partenaires de la chaire. Une présence active au sein du groupe de travail "Thermodynamics and Transport Properties" de la fédération européenne de génie chimique (EFCE) permet également de contribuer à la sensibilisation de toute la communauté autour de cette thématique.

Évènements

"Electrolyte thermodynamics challenges from industrial needs to academic research"
 
Le 19 mai 2021, l'European Federation of Chemical Engineering (EFCE) a organisé avec le soutien du Joint industry project EleTher, un webinaire autour des avancées scientifiques dans le domaine de la thermodynamique des électrolytes, tant du point de vue académique qu’industrielle. C’est dans ce cadre qu’est intervenu pour la partie industrielle, Jean-Charles de Hemptinne. La partie académique a été présentée par Georgios M. Kontogeogis (Université du Danemark).
 
L’événement qui a accueilli près de 80 participants est à retrouver en replay sur YouTube.

Titulaire de la Chaire :

Jean Charles de Hemptinne, enseignant-chercheur à IFP School

Comité de pilotage de la chaire :

  • Christine Travers, directrice d’IFP School
  • Pascal Mougin, chef de département Thermodynamique et Simulation Moléculaire, IFPEN
  • Thierry Bécue, directeur de la direction de recherche Physico-chimie et Mécanique appliquées, IFPEN
  • Laetitia Salessy, directrice du centre Procédés pour l’énergie et la chimie d‘IFP School
  • Raymond Bulle, président d’AFI

Offres de doctorat et de post-doctorat

Les offres de thèse sont accessibles ici.