Développement de la tomographie spectro-ptychographique aux rayons-X pour la caractérisation hyperspectrale 3D de catalyseurs techniques

Development of Spectro Ptychographic X-ray Computed Tomography for the 3D hyperspectral characterization of technical catalysts

• Auteur / Autrice : Mohamed Redhouane Boudjehem
• Direction : Jean-Louis Hazemann, Júlio César Da Silva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée et du rayonnement
• Date : Soutenance le 24/06/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Sabine Rolland du Roscoat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zineb Saghi, Simon Rit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Moonen, Arnaud Demortière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyseurs

Spectroscopie d'absorption

Tomographie

Pétrole -- Industrie et commerce

Réactions chimiques

Ptychographie

Mots clés libres

Nano-Imagerie

Rayons X

Ptychographie

Tomographie

Spectrale

Catalyseurs

Nano-Imaging

X-Rays

Ptychography

Tomography

Spectral

Catalysts

Résumé

Les catalyseurs industriels accélèrent les réactions chimiques dans l’industrie pétrolière, transformant le pétrole brut en produits finis tels que l'essence, le diesel et le carburant d'avion. La compréhension des relations entre la structure, la composition chimique, les propriétés et les fonctions des catalyseurs est cruciale pour réduire la pollution causée par les réactions chimiques lors de la catalyse. Cette thèse vise à développer une méthode de nano-imagerie spectrale 3D pour caractériser la microstructure des catalyseurs techniques de l'échelle nanométrique à l’échelle micrométrique. La méthode combine la tomographie et la ptychographie aux rayons X avec la spectroscopie d’absorption des rayons X. Elle permet de déterminer l'emplacement et l'état chimique des métaux qui favorisent ou empoisonnent la catalyse. Le défi principal réside dans la réduction du temps d'acquisition des données, actuellement de 24 heures pour 2 points en énergie. La contribution principale de la thèse est de développer de nouvelles méthodes pour une acquisition plus rapide sans perte d'information. Cela permet d'améliorer la compréhension de la relation entre la structure et les performances des catalyseurs, menant à des développements plus efficaces et économiques.

Technical catalysts accelerate chemical reactions in the petroleum industry, transforming crude oil into finished products such as gasoline, diesel, and jet fuel. Understanding the relationships between the structure, properties, and functions of catalysts is crucial for reducing pollution caused by chemical reactions during catalysis. This thesis aims to develop a 3D spectral nano-imaging method to characterize the microstructure of technical catalysts at the nanoscale. The technique combines X-ray tomography and ptychography with X-ray absorption spectroscopy. It will allow us to determine the location and chemical state of metals that promote or poison catalysis. The main challenge lies in reducing the data acquisition time, currently 24 hours for 2 energy points. The main contribution of the thesis will be to develop new methods for faster acquisition without loss of information. This will improve the understanding of the structure-performance relationship of catalysts, leading to more efficient and economical developments.