Le Jeudi 17 Décembre à 9h30, Madame Caroline Supplis soutiendra publiquement et en distanciel sa thèse de doctorat intitulée:
"Modélisation et étude expérimentale de la production d'hydrogène solaire en photoréacteur"
Lien : https://us02web.zoom.us/j/86862507446?pwd=VmVMQ0tiMGo3U2xWK3pGM0lhQmNBdz09
Meeting ID: 868 6250 7446
Passcode: 185713
Les travaux seront présentés devant le jury suivant :
- Cyril Caliot (Rapporteur)
- Karine Loubière (Rapporteur)
- Murielle Chavarot-Kerlidou (Examinatrice)
- Frédéric Gloaguen (Examinateur)
- Gaël Plantard (Examinateur)
- Jean-François Cornet (Directeur de thèse)
- Jérémi Dauchet (Co-encadrant)
- Fabrice Gros (Co-encadrant)
RÉSUMÉ
Dans le cadre de la transition énergétique, la conversion de l’énergie solaire en carburants adaptés à la mobilité, sembleêtre une solution prometteuse. L’un des premiers accessibles est sans nul doute l’hydrogène qui peut être obtenu par
photodissociation de la molécule d’eau sous l’effet d’un rayonnement absorbé par un système photocatalytique. Ce mécanisme est
connu sous le nom de photosynthèse artificielle. Le défi à relever est de taille car il faut trouver des systèmes chimiques efficaces
et peu coûteux mais aussi concevoir, développer puis optimiser les procédés photoréactifs mettant en oeuvre ces réactions, à
terme à grande échelle. Ce dernier objectif ne peut être atteint dans un temps raisonnable que si l’on dispose de modèles
prédictifs et génériques qui intègrent les phénomènes physiques décrivant les échelles sous-jacentes ayant un impact sur les
observables du procédé.
Ce travail s’intéresse à la modélisation d’un photoréacteur limité et contrôlé par le transfert de rayonnement mettant en
oeuvre des systèmes photocatalytiques pour la production d’hydrogène solaire ainsi qu’à sa validation expérimentale. Le modèle
commence par la détermination des propriétés optiques et radiatives du système photocatalytique étudié ce qui relève de
l’électromagnétisme. Puis, la résolution de l’Équation du Transfert Radiatif (ETR), avec diffusion élastique ou inélastique selon le
cas pratique, permet d’accéder à la vitesse volumétrique locale d’absorption du rayonnement au sein du photoréacteur. Enfin, la
formulation d’une loi de couplage thermocinétique et une moyenne à l’échelle du réacteur permettent de déterminer les
observables que sont la vitesse volumétrique moyenne de production d’hydrogène et l’efficacité énergétique. Un banc optique de
précision muni d’une sphère d’intégration permet de valider expérimentalement les propriétés radiatives. Un banc d’étude
composé principalement de sources lumineuses LED et d’un photoréacteur plan étanche rempli d’un milieu photoréactif permet
d’accéder aux observables expérimentales via une mesure de la pression dans le ciel gazeux du réacteur pour plusieurs valeurs de
densité de flux incidente de photons et de concentrations en photocatalyseur. Le modèle est ensuite utilisé pour identifier sur les
expériences un seul paramètre agrégeant les constantes cinétiques de la réaction. Deux systèmes photocatalytiques représentatifs
de la diversité des systèmes étudiés dans la littérature ont été mis en oeuvre : 1) un système moléculaire avec catalyseur de
réduction des protons bio-inspiré en phase homogène et 2) un système à base de particules micrométriques de CdS
(semiconducteurs) avec ou sans cocatalyseur MoS2 en phase hétérogène.
Le modèle permet in fine d’étudier et d’optimiser différents paramètres d’ingénierie déterminant les performances
cinétiques et énergétiques du procédé photoréactif, en fonction de sa géométrie et des conditions solaires de fonctionnement. La
possibilité d’atteindre des gains d’efficacité énergétique très importants en développant des photoréacteurs à dilution interne du
rayonnement est mise en évidence.