Thèse en cours

Méthodes thermodynamiques pour les modèles de stabilité à l'oxydation
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Auteur / Autrice : Francisco Paes
Direction : Romain PrivatBaptiste Sirjean
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
Equipe de recherche : Axe 4 - CITHERE - Cinéthique et Thermodynamique pour l'Energie

Résumé

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Plusieurs secteurs du transport, comme l'aviation ou le fret routier, reposent sur des moteurs à combustion qu'il est très difficile, voire impossible, de remplacer par l'énergie électrique, et ces secteurs sont des sources majeures de gaz à effet de serre. Par exemple, dans un scénario "business as usual", le secteur mondial de l'aviation devrait multiplier ses émissions actuelles de CO2 par un facteur 6, en seulement 30 ans. Les carburants durables produits à partir de la biomasse (biocarburants), qui sont opérationnels dans les moteurs actuels, constituent une solution pour réduire l'empreinte carbone de ces secteurs. Toutefois, la faible résistance des biocarburants à l'oxydation en phase liquide, qui est la principale cause du vieillissement, est un problème majeur qui empêche, par exemple, leur utilisation directe dans l'aviation. Le vieillissement modifie la composition des biocarburants et entraîne des effets cocktail qui modifient leurs propriétés physiques, neutralisent les antioxydants et peuvent finalement créer des polluants de combustion nocifs. Pour comprendre, simuler et contrôler ces effets cocktail, il est nécessaire de prendre en compte le mécanisme chimique complexe qui sous-tend ces phénomènes. La simulation rigoureuse de l'oxydation des carburants nécessite l'utilisation de modèles contenant des milliers d'espèces et de réactions. Les logiciels de génération automatique sont des outils chimio-informatiques puissants pour développer et manipuler ces modèles. Le calcul à haut débit de données thermodynamiques précises pour ces modèles (et notamment des énergies de solvatation) est un véritable défi car elles doivent être recalculées pour chaque mélange de carburant. Dans le cadre du projet européen "BioSCOPE", l'objectif de cette étude est de contribuer à la construction d'un générateur automatique de modèles cinétiques pour l'oxydation en phase liquide en développant des méthodes originales pour le calcul automatique des données thermodynamiques. Les outils avancés de la thermodynamique seront utilisés afin de développer de nouvelles méthodes pour le calcul automatique de données thermodynamiques, appliquées aux modèles d'oxydation en phase liquide. Les nouvelles méthodes seront basées sur des équations d'état (de type cubique et/ou SAFT) et des outils de thermodynamique d'équilibre basés sur la chimie quantique (dérivés de la théorie COSMO). Des confrontations avec des données expérimentales de la littérature seront effectuées pour déterminer une précision optimale et une approche originale sera développée pour automatiser la méthode pour le calcul d'une grande quantité de données.