Cheryl SALAMEH de l'institut

Sujet de thèse

Étude de la valorisation en hydrogène de déchets de plastiques non-recyclables par un procédé thermochimique multi-étape.

Résumé :

Description de la problématique de recherche : Objectif : Ce projet vise à valoriser en hydrogène des déchets de matériaux plastiques à base de résine thermodurcissable, considérés comme difficilement recyclables voire non-recyclables. La méthode novatrice proposée est une série de procédés thermochimiques composée principalement de pyrolyse et de reformage catalytique. Dans ce projet expérimental, l’objectif ultime consiste à identifier les conditions optimales pour cette valorisation. Des nouveaux catalyseurs supportés à base de céramique mésoporeuse avec des fonctions adaptées seront synthétisés. Méthodologie et techniques mises en œuvre : Pour atteindre les objectifs, ce projet est organisé en trois tâches interactives. La première tâche se focalise sur l’optimisation du procédé. La seconde tâche est axée sur la synthèse des catalyseurs. Enfin, la troisième et dernière tâche est dédiée aux caractérisations par des moyens avancés des matières premières et des produits. Tâche 1 (responsable ITheMM) : L’ITheMM a développé un dispositif couplé de pyrolyse et de reformage catalytique. La conception du pyrolyseur est de type lit fixe, particulièrement adapté à une pyrolyse lente favorisant la production de gaz. Le reformeur, monté en aval du pyrolyseur, est équipé d’un réacteur tubulaire. Ce projet s’appuie donc sur ce procédé auquel des améliorations, à identifier à partir de l’état de l’art, seront apportées. Cette tâche vise spécifiquement à déterminer les paramètres opératoires optimaux permettant une production maximale d’hydrogène. Tâche 2 (responsable UCEIV) : Les réactions proposées dans ce projet ont un problème commun, la désactivation du catalyseur causée par l’inhibition-empoisonnement des éléments actifs à sa surface. Il peut être résolu en préparant des matériaux avec des petites nanoparticules (NPs) stabilisées dans la porosité des supports, en adoptant une stratégie de nano-confinage. Le contrôle de la sélectivité peut être amélioré par la préparation de NPs multi-métalliques et la fonctionnalisation des supports. Une caractérisation avancée des catalyseurs pour évaluer les fonctions de surface et les réactivités présentes sera menée par l’intermédiaire de différentes techniques (TPR-H2, TPD-NH3, TPD-CO2, EDS, ICP-EOS). Tâche 3 (responsable ITheMM) : Des échantillons représentatifs des déchets en résine thermodurcissable telle que l’Epoxy seront étudiés. Différentes caractérisations seront menées pour disposer d’une meilleure compréhension des échantillons, du procédé et des produits. Les échantillons et leurs résidus solides seront caractérisés par une analyse élémentaire. Les gaz de pyrolyse et de reformage comprenant les co-produits (HCN, H2S, NH3…) seront analysés en ligne par micro-GC/MS. L’huile sera analysée par GC/MS/MS. Les catalyseurs avant et après tests seront analysés par d’imagerie MEB-EDX et des analyses thermiques simultanées DSC-ATD-ATG. Partenariat : Ce projet doctoral est réalisé en partenariat avec l’équipe TCEP (Traitement Catalytique et Energie Propre) de l’UCEIV (Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant), laboratoire de l’ULCO à Dunkerque. L’équipe TCEP est un partenaire clé disposant des compétences complémentaires indispensables au bon déroulement du projet doctoral. Elle participera spécifiquement à la tâche 2, dédié à la synthèse des catalyseurs pour les séries de réactions et leurs caractérisations. L’équipe TCEP de l’UCEIV et l’équipe Thermique et Energétique de l’ITheMM sont partenaires depuis 2019. Dans le cadre du présent partenariat, il est prévu que le (la) doctorant(e) recruté(e) séjournera pendant plusieurs semaines au sein de l’équipe TCEP au cours desquels le (la) candidat(e) recevra une formation adéquate sur les méthodes de synthèse et de caractérisation des catalyseurs.

Encadrant

Jaona RANDRIANALISOA