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Exploration numérique des performances d’adsorption des matériaux hybrides vis-à-vis des contaminants usuels du domaine du spatial

Description

Dans le domaine spatial, la contamination moléculaire est un problème important pouvant affecter considérablement la performance des instruments embarqués. Selon l’environnement thermique, certaines molécules polluantes provenant du dégazage sous vide des matériaux constitutifs de satellite viennent en effet se déposer sur les surfaces sensibles telles que les optiques, les détecteurs ou les surfaces de contrôle thermique. Afin d’éviter tout impact de la contamination moléculaire sur les objectifs des missions spatiales, le CNES a lancé de nombreuses études sur l’adsorption de ces molécules polluantes sur différents types de pièges poreux.

De manière générale, les solides poreux jouent aujourd’hui un rôle majeur dans de nombreuses applications à fort enjeu sociétal (énergie, environnement, santé…). Ces matériaux peuvent capter sélectivement, stocker et libérer diverses molécules en phase liquide ou gazeuse par un phénomène d’adsorption. Au-delà des adsorbants standards (charbon actif…), les matériaux hybrides représentent une nouvelle famille de solides poreux très prometteuse. En effet, il est aujourd’hui possible de considérer comme atomes constitutifs du matériau hybride la quasi-totalité du tableau périodique ce qui permet de former un nombre quasi-infini de structures cristallines et poreuses. Cette versatilité confère à ces matériaux hybrides une richesse extraordinaire jamais rencontrée jusqu’alors pour d’autres solides poreux. Elle offre une opportunité unique de concevoir des matériaux multifonctionnels de tailles de pores variables pour des applications dans de nombreux domaines.

Une attention particulière a été portée sur leurs propriétés d’adsorption et / ou de séparation sélective de molécules comme les hydrocarbures, les aromatiques, les silicones, les phtalates, l’eau et le dioxyde de carbone, qui sont clairement identifiées comme des contaminants dans les systèmes embarqués et satellites dans le domaine du spatial.

L’objectif principal de la thèse est d’identifier des matériaux hybrides poreux présentant de fortes capacités d’adsorption et des temps de rétention élevés vis-à-vis des contaminants usuels du domaine spatial. Pour atteindre cet objectif, des outils de simulation numérique permettront dans un premier temps de passer au crible les performances d’adsorption d’une large série de matériaux hybrides afin d’établir une base de données exhaustive qui permettra de faire ressortir les meilleurs adsorbants pour chaque famille de contaminants visée. Pour les matériaux prédits avec des performances accrues par rapport aux adsorbants usuels, une validation sera effectuée en faisant appel à des mesures expérimentales d’adsorption. Plus spécifiquement, le travail pourra se décomposer en quatre étapes :

- Etude systématique des performances d’adsorption d’une large gamme de matériaux hybrides en fonction de la température et de la pression pour les molécules usuelles.

- Etude ciblée des performances d’adsorption d’une large gamme de matériaux hybrides pour les molécules phtalates et siliconées en fonction de la température et de la pression.

- Validation des prédictions par des mesures expérimentales d’adsorption des molécules phtalates et siliconées sur les matériaux identifiés au cours de l’étape 2.

- Rationalisation des données d’adsorption.

- Etude de la cinétique d’adsorption des molécules phtalates et siliconées.

La thèse sera menée dans l’équipe « Dynamique et Adsorption dans les Matériaux Poreux » DAMP de l’Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM).

Profil

Le profil recherché est celui d’un étudiant titulaire d’un Master ou d’un diplôme d’ingénieur dans le domaine de la Chimie/ Chimie des Matériaux. Le(a) candidat(e) devra avoir une expérience dans le domaine des outils de modélisation appliqués à l’adsorption et être capable de dialoguer avec les expérimentateurs pour valider ses propres prédictions. Une bonne connaissance des matériaux poreux sera appréciée.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM) UMR 5253 CNRS Université Montpellier
Directeur(rice) de thèse/recherche : MAURIN Guillaume
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : guillaume.maurin1@umontpellier.fr
Responsable Cnes de l'offre : RIOLAND Guillaume

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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