Thèse en cours

Modélisation pour la sélection de solvants pour des applications bioraffinerie
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Auteur / Autrice : Gabrielly Miyazaki
Direction : Christophe CoqueletCarlo Adamo
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
Equipe de recherche : CTP - Centre Thermodynamique des Procédés
établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

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Résumé

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Il existe plusieurs types de procédés pour la conversion de la biomasse : ils peuventêtre de nature thermique, chimique, biotechnologique, etc. Ces procédés permettentde produire de la chaleur, de l'énergie, des combustibles, ou encore des produitschimiques à haute valeur ajoutée, et peuvent être intégrés dans une installationappelée « bioraffinerie ». En fonction du type de matière première utilisée, lesproduits issus de la bioraffinerie peuvent être de différentes natures et des mélangescomplexes contenant de nombreuses familles chimiques peuvent être obtenus.L'extraction liquide-liquide est souvent utilisée comme méthode de séparation de cesproduits chimiques. L'efficacité de l'extraction liquide-liquide repose principalementsur le choix du solvant, dont la sélection aura un effet sur les autres procédés deséparation concernant la régénération du solvant, sur la pureté et la composition desproduits chimiques et, éventuellement, sur les étapes de réaction chimiqueimpliquant le mélange extrait. Dans le domaine du génie chimique, le développementde méthodes de sélection de solvant représente un domaine de recherche très actif,jouant un rôle crucial à la fois sur le plan économique et environnemental. Par conséquent, notre objectif est de développer une méthodologie de modélisationcapable de faciliter la sélection de solvants pour des applications dans labioraffinerie, en particulier l'extraction liquide-liquide de familles chimiques à partir debio-huiles de pyrolyse. Nous nous intéresserons notamment à l'extraction descomposés furaniques et esters par des solvants eutectiques profonds (deep eutecticsolvent, DES). À cette fin, une partie importante de ce projet est dédiée aux modèlesde type COSMO (COSMO-RS/SAC) dans le but d'étendre leur applicabilité auxsolvants complexes à modéliser tels que les DES. Les modèles de type COSMOrelient, de façon statistique, les propriétés chimiques quantiques des molécules(calculées avec l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité, DFT) aux propriétés thermodynamiques macroscopiques des solutions (coefficient d'activité,constante de la loi de Henry, solubilité, enthalpie d'excès, VLE, LLE). Alliant simplicitéet efficacité, ces modèles constituent une alternative intéressante aux approchesthéoriques plus traditionnelles pour la modélisation des propriétés des solutions,telles que la dynamique moléculaire, et sont aujourd'hui couramment utilisés par lesingénieurs du génie chimique. Cependant, leur extension aux solvants nonconventionnels peut entraîner des écarts significatifs par rapport à l'expérience,comme pour certains liquides ioniques (jusqu'à 100% sur les coefficients d'activité).Ces écarts sont notamment liés à des phénomènes microscopiques, commel'agrégation moléculaire. Les études de modélisation concernant les DES sontencore rares et non systématiques, de sorte qu'il n'existe aujourd'hui dans lalittérature aucun modèle de type COSMO général et robuste.