Simulation de processus de stockage chimique pour l'énergie renouvelable

par Carles Marti Aliod

Thèse de doctorat en Physico-Chimie Théorique

Sous la direction de Fernand Spiegelman et de Maria Noelia Faginas Lago.


  • Résumé

    L'objectif de la présente thèse englobe différents processus liés au stockage d'énergie provenant de sources renouvelables. Concrètement, cette thèse vise à étudier, d'un point de vue théorique, les processus liés à la réaction de Sabatier assistée par plasma (CO 2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O), où le catalyseur hétérogène est composé d'éléments Ni / Ru. La recherche est par conséquent divisée en thèmes développés dans les spécialités de chaque partenaire. À l'université de Pérouse, les processus plasma / phase gazeuse sont pris en compte, concrètement l'étude de l'OH + H 2 selon la méthode quantique classique. La principale procédure innovante a été d'ajouter une surface potentielle à longue portée à la surface d'énergie potentielle (PES) déjà disponible, en la convertissant en une surface appropriée pour les processus non réactifs, tout en maintenant la précision de la mesure initiale, nécessaire aux processus réactifs. Dans ce sens, nous avons mené une étude sur la diffusion OH + H2 en utilisant une méthode quantique classique, traitant les vibrations quantiques et classiquement les translations et les rotations. Le bon accord entre les probabilités réactives classiques quantiques spécifiques à l'état et les probabilités quantiques complètes correspondantes a conduit à l'extension de l'étude aux probabilités d'état à état pour les échanges d'énergie vibratoire non réactifs. L'étude a montré que la dynamique de la réaction H 2 dépend de l'excitation vibratoire, alors que celle non réactive est principalement adiabatique sur le plan vibratoire. Au contraire, la dynamique réactionnelle de l'OH n'est pas affectée par son excitation vibratoire, alors que la non-réactive pourrait en produire un pompage jusqu'à des états vibratoires plus élevés. Dans l'université Paul Sabatier de Toulouse, les grappes et nanoparticules de Ru, faisant partie du catalyseur industriel, sont étudiées selon l'approche DFTB. L'intention était d'étudier la capacité de la DFTB à fournir des résultats fiables sur la structure électronique, les propriétés structurelles et la stabilité des systèmes monométalliques à base de ruthénium, allant de petites grappes à des nanoparticules plus grosses et globalement.[...]

  • Titre traduit

    Network computing for ab initio modeling the chemical storage of alternative energy


  • Résumé

    The aim of the present thesis encompasses different processes related to the storage of energy coming from renewable sources. Concretely, this thesis aims to study, from a theoretical point of view, the processes related to the plasma-assisted Sabatier reaction (CO 2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O), where the heterogeneous catalyst is composed by Ni/Ru elements. The research is consequently split in the topics developed at each partner specialties. In the university of Perugia, the plasma/gas phase processes are considered, concretely the study of the OH + H 2 using the quantum-classical method. The main innovative procedure has been to add a long-range potential tail to the already available. Potential Energy Surface (PES), converting it into a suitable one for non reactive processes, while maintaining the accuracy of the ab initio, necessary for the reactive processes. In this sense we carried out a study of OH + H2 scattering using a quantum-classical method, treating quantally vibrations and classically both translations and rotations. The good agreement between the state specific quantum- classical reactive probabilities and the corresponding full quantum ones prompted the extension of the study to state to state probabilities for non reactive vibrational energy exchange. The study showed that H 2 reactive dynamics depends on the vibrational excitation, while the non reactive one is mainly vibrationally adiabatic. On the contrary, OH reactive dynamics is not affected by its vibrational excitation, whereas the non reactive one might produce some pumping up to higher vibrational states. In the university Paul Sabatier of Toulouse, the Ru clusters and nanoparticles, part of the industrial catalyst are studied using the DFTB approach. The intend was to investigate the ability of DFTB to provide reliable results about electronic structure, structural properties and stability of monometallic ruthenium systems covering the size range from small clusters to larger nanoparticles and the bulk. Due to the fact that the electronic bonding and structural organization of ruthenium cluster are somewhat specific in regard of other metal clusters, it is challenging to examine whether DFTB is able to account for such peculiarities. Parallel-Tempering Molecular Dynamics (PTMD), was used in combination with periodic quenching to achieve global optimization of neutral, cationic and anionic clusters in the range n=3-20.[...]


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.