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Présentation de l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
L’ESPCI Paris-PSL
L’ESPCI Paris – PSL (École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris) est une école d’ingénieurs généraliste qui forme, depuis 1882, des ingénieurs de rupture, adaptables et créatifs, dotés d’un solide bagage théorique et expérimental, conscients des enjeux de la société.
Elle est intégrée à un centre de recherche reconnu internationalement en physique, chimie et biologie (500 publications par an). Elle est connue pour sa capacité à transformer les connaissances issues de la recherche fondamentale en innovations de rupture (2 brevets par mois, 3 start-ups par an).
Distinguée par 6 Prix Nobel, elle accueille 400 élèves-ingénieurs, 530 chercheurs (dont 250 doctorants et 100 post-doctorants) dans 10 unités mixtes de recherche et environ 100 agents des fonctions support de la recherche et de l’enseignement.
Depuis sa création, l’ESPCI n’a cessé de mobiliser ses forces et compétences au service de sujets sociétaux majeurs et de défendre l’importance de la science au service de la société. L’environnement, la solidarité, la santé, l’accès et l’ouverture au savoir sont des enjeux que l’ESPCI s’est engagée à prendre en compte dans son quotidien tout en contribuant à les faire avancer. L’ESPCI défend l’égalité des chances et promeut la diversité sociale. Elle encourage et valorise l’engagement, notamment associatif, de ses étudiants.
Notre établissement fait partie de l’Université Paris Sciences & Lettres. Numéro 1 du classement mondial des jeunes universités publié par le Times Higher Education, PSL figure aussi dans le top 50 des meilleures universités mondiales (Shanghai, Times Higher Education, QS, CWUR).
L’ESPCI est engagée dans un vaste projet de rénovation de son campus parisien qui fera d’elle un des sites scientifiques les plus modernes de Paris.
Rattachement du poste
Le poste est rattaché au laboratoire CBI et à l’équipe MIE. La thèse se déroulera sous la direction d’Annie Colin et de Corentin Tregouet . email : annie.colin@espci.fr., corentin.tregouet@espci.fr
Missions et responsabilités
La demande mondiale d’énergie augmente en raison de la nécessité impérieuse de passer à une production d’énergie décarbonée. L’énergie bleue , en récoltant l’énergie osmotique des gradients de sel, typiquement là où les rivières d’eau douce pénètrent dans l’océan salé, a le potentiel d’être une nouvelle source d’énergie précieuse. D’autres sources de gradient de sel peuvent provenir des eaux usées industrielles ou domestiques, ou de fluides techniques spécifiques. Il est en effet possible de générer des flux ioniques spontanés à travers des membranes nanoporeuses et de collecter cette énergie électrique : ce processus de collecte d’énergie est appelé électrodialyse inverse (RED). Compte tenu de la pertinence, de la durabilité et de la fiabilité de l’exploitation, l’énergie bleue qui pourrait être récoltée de manière réaliste peut être estimée à 625 TWh/an , ce qui correspond à une part de 2,2 % de la consommation mondiale d’électricité en 2022.
Proposée par Pattle au début des années 1950 , l’électrodialyse inverse (RED) est l’une des techniques les plus prometteuses pour la récolte de l’énergie bleue. Les dispositifs RED récupèrent le potentiel de Donnan qui apparaît à travers les membranes d’échange d’ions placées entre des solutions de salinités différentes. Sous l’effet osmotique, les ions migrent de solutions concentrées vers des solutions diluées. Les membranes étant sélectives, un flux ionique s’établit. Dans une configuration RED standard, la conversion du flux ionique en flux électronique est réalisée par des électrodes faradaïques avec des réactions d’oxydoréduction..Les membranes planes constituent la principale source de coût pour la récolte de cette énergie. Par conséquent, les technologies sont comparées en termes de puissance par unité de surface de membrane. Les prototypes à échelle réelle atteignent environ 1 W/m2 de membrane. Le seuil de rentabilité est estimé à 5 W/m2 (pour un coût de membrane d’environ 2$/m2) . Actuellement, le prix des membranes sélectives les moins chères en SPEEK est encore supérieur à 10 euros par m2. La technologie est donc encore loin d’être économiquement viable et doit être améliorée.
L’utilisation de membranes dans les dispositifs de récupération d’énergie osmotique nécessite l’utilisation de membranes qui laissent passer un grand nombre d’ions, donc des membranes très perméables. Lorsque des cations (ou des anions) sont apportés de manière excessive d’un côté de la membrane, il y a un mouvement de diffusion des anions pour annuler la charge électrique. Cela crée une distribution de concentration hétérogène dans le système, appelée concentration de polarisation.Cela a pour effet de diminuer la différence de concentration de part et d’autre de la membrane et donc de diminuer fortement le potentiel de la membrane. Cela explique les faibles quantités d’énergie produites.
Le sujet de la thèse expérimentale et théorique est d’étudier et de lutter contre ce phénomène. Ce phénomène est un problème de répartition des molécules dans le volume, qui n’arrivent pas à s’homogénéiser dans l’espace car le débit entrant est trop important et la diffusion des ions dans le milieu est lente. L’idée de ce projet est de construire un dispositif microfluidique ou millifluidique qui résoudra ce problème. Il s’agit de concevoir une membrane dont la partie active sera suffisamment petite par rapport au volume existant pour assurer une diffusion 3D ou 2D et ainsi éviter les problèmes de polarisation. L’originalité de notre approche est de proposer la construction d’un système millifluidique optimal pour étudier cette question, et peut-être à terme de concevoir des systèmes à moindre coût global pour les montages expérimentaux.
La thèse se compose de deux étapes :
– L’étape 1 est l’approche fondamentale sur une configuration modèle pour évaluer expérimentalement l’effet de la géométrie sur l’efficacité de la membrane, et identifier la configuration optimale.
– L’étape 2 vise à appliquer les connaissances acquises dans le premier volet à la conception d’un prototype efficace et peu coûteux de cellule de récupération d’énergie bleue à l’échelle du laboratoire.
Profil
Formation requise (ou diplôme) :
Nous recherchons un/une physico -chimiste avec un profil expérimental ayant une expérience en physico-chimie de la matière molle, de l’hydrodynamique, de l’électrochimie de la microfluidique. La capacité à travailler en équipe et de bonnes aptitudes à la communication sont importantes, car le doctorant travaillera en contact étroit avec l’ensemble de l’équipe.
Master M2 de fluides complexes ou école d’ingénieur.
Modalités de Recrutement
Poste à pourvoir à compter du : 01/10/2024 pour une durée de 3 ans.
Contact
Les candidatures (CV, lettre de motivation) sont à transmettre par courriel à annie.colin@espci.fr
Lieu
10, Rue Vauquelin 75005 Paris
Métro ligne 7 (Place Monge/Censier Daubenton) - RER B (Luxembourg) - Bus 21, 27 & 47 - 3 Vélib’ stations à proximité.