Investigation expérimentale et modélisation d'un générateur d'énergie osmotique nanofluidique

Experimental and modeling investigation of a nanofluidic osmotic energy generator

• Auteur / Autrice : Hamza Elassri
• Direction : Mikhael Bechelany, Lydéric Bocquet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IEM - Institut Européen des Membranes

Mots clés

Mots clés libres

Énergie osmotique

Membrane échangeuse d'ions

Modélisation

Membrane échangeuse d'ions

Espaceurs

Polarisation

Osmotic energy

Ion exchange membrane

Modeling

Ion exchange membrane

Polarization

Spacers

Résumé

L'énergie osmotique représente une source d'énergie renouvelable prometteuse et non intermittente, exploitée à partir des gradients de salinité entre l'eau douce et l'eau de mer. Sweetch Energy, pionnier dans ce domaine grâce à une technologie unique et brevetée, occupe aujourd'hui une position de leader mondial dans le développement de cette ressource encore peu exploitée. Afin d'adapter et d'optimiser cette technologie dans divers environnements, il est essentiel de comprendre en profondeur les phénomènes physiques complexes qui se produisent à l'échelle de l'unité de paire de cellules, constituée de membranes échangeuses d'anions, de membranes échangeuses de cations et d'espaceurs. Ce projet de thèse a pour objectif d'identifier et de modéliser les interactions entre les principaux paramètres qui influencent la génération d'énergie osmotique. L'approche combine des investigations expérimentales et des travaux de simulation numérique afin de reproduire et d'analyser le comportement des unités de cellule dans différentes conditions de salinité, de dynamique des fluides et de propriétés des matériaux. La méthodologie repose sur l'électrochimie, l'analyse des phénomènes fluidiques, la caractérisation physico-chimique des interfaces membranes/espaceurs et la modélisation numérique. L'ensemble de ces approches permettra de proposer des stratégies d'optimisation visant à améliorer le rendement énergétique et la puissance générée par le système osmotique. Ce travail de recherche est mené dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Européen des Membranes (Université de Montpellier) et Sweetch Energy (Rennes), et bénéficie du soutien financier du programme Horizon Europe de l'Union européenne (bourse Marie Skłodowska-Curie).

Osmotic energy represents a promising renewable and non-intermittent energy source, harnessed from the salinity gradient between fresh and seawater. Sweetch Energy, a pioneer in this field with unique patented technology, is the global leader in the development of this untapped resource. To optimize and adapt this technology across different environments, a thorough understanding of the complex physical phenomena occurring at the scale of the cell pair unit – composed of anion exchange membranes, cation exchange membranes, and spacers – is required. The aim of this PhD project is to identify and model the interactions among the main parameters influencing osmotic energy generation. The research combines experimental investigations with computational simulations in order to reproduce and analyze the behavior of cell pair units under varying salinity gradients, fluid dynamics, and material properties. The methodology includes electrochemistry, fluidic analysis, surface chemistry characterization of membrane/spacer interfaces, and digital modeling. These approaches will make it possible to propose optimization strategies to improve the energy yield and power output of osmotic energy systems. This project is conducted in collaboration between the Institut Européen des Membranes (University of Montpellier) and Sweetch Energy (Rennes), and is funded by the European Union's Horizon Europe research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement.