Titre : Matériaux cristallins pour l’extraction sélective de cations métalliques monovalents : compréhension du lien entre structure cristalline et sélectivité

Type : Post-doc

Localisation : CEA de Marcoule

Durée : Contrat d’un an (renouvelable 1 an) à partir du T1 2024

Date expiration : 01.04.2024

Résumé : L’extraction sélective de cations métalliques monovalents de solutions aqueuses de compositions complexes est une étape clé dans de nombreux domaines liés à l’énergie, tels que la décontamination nucléaire ou l’extraction de métaux d’intérêt de solutions fortement salines. En ce sens, le Laboratoire des Procédés Supercritiques et de Décontamination (LPSD) du CEA de Marcoule développe des procédés d’extraction sur support solides, pour lesquels il est nécessaire de disposer de matériaux à porosité hiérarchisée et présentant une sélectivité très spécifique pour le cation visé. Au cours de cette étude, des adsorbants spécifiques à deux cations d’intérêt seront particulièrement étudiés : pour le Cs pour permettre une décontamination efficace d’effluents produits par l’industrie nucléaire, et pour le Li afin de pouvoir extraire et récupérer ce métal stratégique et critique pour le développement de batteries. De par leur modularité en terme de porosité et de structure cristalline, les oxydes aluminosilicatés cristallins (type zéolithe) sont prometteurs pour ces applications. En particulier, en ajustant de manière adéquate leur composition et leur protocole de synthèse, ces matériaux peuvent se présenter sous la forme de diverses structures cristallines, permettant d’extraire sélectivement des cations métalliques monovalents par des mécanismes d’échange ionique ou d’adsorption. Afin de mieux maîtriser les mécanismes de sorption/désorption de tels matériaux ainsi que le rôle de leur microstructure sur ces mécanismes, il est alors important de pouvoir identifier les sites de sorption sélectifs au sein des structures cristallines. Par ces travaux et à partir des connaissances et du savoir-faire du laboratoire, l’objectif est d’identifier et synthétiser des structures aluminosilicatées cristallines permettant la sorption sélective du Cs ou du Li. En particulier des caractérisations fines à l’échelle atomique, notamment grâce à des techniques utilisant des rayons X, ainsi que des travaux de reconstruction de structures seront à réaliser sur les matériaux synthétisés avant et après étape de sorption des métaux d’intérêts en vue de disposer d’une meilleure connaissance de la localisation des sites sélectifs de sorption dans lesquels les cations vont s’insérer. Ces travaux expérimentaux seront ainsi réalisés en étroite collaboration des équipes spécialisées en modélisation de structure dans le cadre du Center for Hierarchical Wasteform Materials (CHWM). Ce Center regroupe le CEA ainsi que différentes universités américaines, en vue de développer des structures hiérarchiques nouvelles nécessaires pour créer des matériaux permettant d’extraire et d'immobiliser efficacement les espèces de déchets nucléaires dans des architectures persistantes. Pour ce contrat post-doctoral, nous recherchons un docteur en science des matériaux possédant de fortes compétences en synthèse et en caractérisation de matériaux cristallins par diffractions des rayons X. Une expérience sur l’étude d’oxydes aluminosilicatés cristallin (type zéolithe) serait un plus. Contrat d’un an (renouvelable 1 an) à partir du T1 2024. Salaire selon expérience du candidat Contact: Dr. Alban GOSSARD: alban.gossard@cea.fr

Fichier attaché : post-doc_aluminosilicate-cs-li_65807fe60913b.pdf

Titre : Développement d'une nouvelle classe de zéolithes pour applications dans les composants IR

Type : Stage

Localisation : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Durée : 5 ou 6 mois

Date expiration : 31.01.2024

Résumé : Contexte : Les détecteurs infrarouge refroidis ou non refroidis ont besoin du vide pour fonctionner. La technologie actuelle pour maintenir le vide dans ces systèmes est l’utilisation d’un piège à gaz de type getter. Cependant, un getter n’est pas capable de piéger toutes les espèces gazeuses présentes à l’intérieur du détecteur car son principe de fonctionnement, basé sur la chimisorption, ne lui permet pas d’éliminer les espèces gazeuses les moins réactives. Pour éliminer toutes les molécules de gaz, il faut alors repenser le piégeage des molécules gazeuses dans le détecteur. Dans ce contexte, les solides microporeux (diamètre des pores cristallisés. Ces solides résultent de l’agencement tridimensionnel de tétraèdres TO4 (T = Si ou Al) liés entre eux par des liaisons T-O-T pour former la charpente aluminosilicique qui délimite des canaux et/ou des cavités. La structure cristalline des zéolithes leur confère une microporosité rigoureusement contrôlée, ce qui les rend très sélectives. De plus les zéolithes ont un caractère hydrophile/hydrophobe modulable, en fonction de leur composition, ce qui les rend très adaptables face aux molécules à adsorber. Ce caractère dépend du rapport du nombre d’atomes de silicium sur le nombre d’atomes d’aluminium (Si/Al) dans la charpente aluminosilicique. Plus ce rapport est important, plus le caractère hydrophobe est marqué. En l’occurrence, les zéolithes purement siliciques, donc hydrophobes, ont davantage tendance à adsorber des molécules organiques telles que les COV plutôt que l’eau. De plus, des cations permettant de compenser le déficit de charge entre Si4+ et Al3+ sont présents dans les zéolithes à faible rapport Si/Al, ce qui favorise l’adsorption des molécules polaires ou polarisables. Sujet : Une zéolithe a été identifiée comme potentiel adsorbant moléculaire pour répondre au cahier de charge industriel. L’objectif du stage consistera à étudier ses propriétés d’adsorption vis-à- vis des gaz cibles dans des conditions proches de celles de l’usage (basses pressions et basses températures). L’impact de la nature du cation de compensation sur les propriétés d’absorption sera également étudié. Une approche expérimentale et par modélisation moléculaire est envisagée pour bien comprendre les mécanismes d’adsorption mis en jeu. Information générale : Ce stage s’inscrit dans le cadre d’un projet PIIEC ME/CT de France 2030 avec la société LYNRED. Il se déroulera au sein de l’Institut de Science des Matériaux de Mulhouse, UMR CNRS-UHA). NB : Le projet prévoit un financement de thèse (CDD IS2M-CNRS) Durée : 5 ou 6 mois à partir du 1/02/2024 Gratification : selon le montant horaire minimal fixé par le service public (4,05 € en 2023) Contacts : Roger Gadiou (IS2M, roger.gadiou@uha.fr) et Bénédicte Lebeau (IS2M, benedicte.lebeau@uha.fr)

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Titre : Insertion d’ions métalliques dans les zéolithes : conception de nouveaux matériaux pour la catalyse d’oxydation

Type : Stage

Localisation : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M) / UMR 7361

Durée : 6 mois

Date expiration : 30.11.2023

Résumé : Nous recherchons un.e étudiant.e de M2 intéressé.e par un stage de chimie inorganique en laboratoire de recherche sur la synthèse de nouveaux matériaux zéolithiques. Voir détails ici : https://www.is2m.uha.fr/wp-content/uploads/2023/09/Master2_IS2M_Oheix_Paillaud.pdf

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Titre : Offre de these IFP Energies Nouvelles, Rueil Malmaison, France + LIPHY, Grenoble, France

Type : Thèse

Localisation : IFP Energies Nouvelles, Rueil Malmaison

Durée : 3 ans

Date expiration : 01.11.2023

Résumé : Une offre de doctorat (36 mois) est disponible à l’IFP Energies Nouvelles, Rueil Malmaison, France, sous la supervision de Daniela Bauer et Benjamin Braconnier en tant que superviseurs d'IFPEN (https://www.ifpenergiesnouvelles.fr) et de Benoit Coasne en tant que directeur de thèse (https://benoitcoasne.github.io/). Le projet consistera à réaliser une étude théorique/numérique multi-échelle sur le thème "Transport of Pollutants in Porous Media : A Lattice Boltzmann Approach Accounting for Complex Adsorption Processes". Description. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre le transport de polluants complexes dans des milieux poreux hétérogènes. La thèse se compose d'une partie de modélisation thermodynamique et d'une partie numérique. Tout d'abord, nous adapterons un formalisme d'adsorption thermodynamique récemment développé aux polluants caractérisés par des isothermes d'adsorption non classiques. Ensuite, l'équilibre et la cinétique d'adsorption spécifiques à chaque molécule seront implémentés dans un code Lattice-Boltzmann existant pour simuler le transport de ce type de molécules dans des milieux poreux hétérogènes. In fine, l'objectif de cette double approche est de fournir un cadre rationnel pour concevoir et optimiser les processus de remédiation des eaux en tenant compte de la physico-chimie complexe en jeu et de son couplage avec les fortes hétérogénéités structurelles des milieux poreux.

Fichier attaché : phd_ifpen_liphy_2023_63f13d732fad8.pdf