Analyse structurale et imagerie

Depuis une dizaine d’années, l’hydrogène naturel (H2) émis au cœur des continents, les « cratons », est source de fascination pour de nombreux géologues. Si sa présence en subsurface a été caractérisée à de nombreux endroits de la planète, on ignore encore si l’utilisation de cette source d’énergie décarbonée est susceptible d’être économiquement viable. Afin de pouvoir répondre à cette question et d’identifier ensuite les sites de forage présentant le meilleur potentiel, la quantification à large échelle de cette ressource passe par des modélisations (...) Ce travail de thèse s’est attaqué à la question avec comme objet d’étude le rift médio-continental Nord-Américain (MRS) composé de roches très anciennes (plus d’1 milliard d’années) s’étendant sur plusieurs milliers de km...

La valorisation de la biomasse au travers de produits et intermédiaires chimiques est une voie de plus en plus adoptée pour réduire l’empreinte carbone de l’industrie concernée. Parmi les ressources issues de la biomasse, les sucres sont très attractifs parce qu’ils contiennent beaucoup de groupements fonctionnels permettant leur transformation en produits d’intérêt (alcools, acides, etc.). Ainsi, par déshydratation du fructose, on peut obtenir du 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), une molécule qui peut notamment servir à produire des polymères. La transformation du fructose en 5-HMF étant catalysée par des acides de Brønsted, on utilise actuellement des catalyseurs acides liquides en solution, mais sans possibilité de recycler ce catalyseur. Le développement d’un catalyseur acide solide est à ce titre un enjeu important...

Les mousses solides, à base de métaux ou de céramiques, sont des structures poreuses dont l’usage est relativement nouveau dans le domaine des procédés chimiques, et qui sont étudiées à IFPEN depuis quelques années déjà. De par leur texture 3D, constituée d’une multitude de cavités sphériques juxtaposées (familière dans le domaine de la catalyse hétérogène), ces structures présentent un fort taux de porosité (environ 70-80 %) et une grande surface spécifique. Ceci leur confère a priori de très bonnes performances de transfert externe...

Dans les procédés de transformation chimique mettant en œuvre une catalyse hétérogène, la phase active, qui accélère les transformations des molécules, est souvent déposée sur un support poreux. Celui-ci est doté d’une surface interne importante, permettant ainsi d’accueillir un grand nombre de sites actifs dans un faible volume. Ce support poreux est très souvent de l’alumine et doit à la fois avoir une tenue mécanique et une résistance thermique adéquates, et favoriser un transfert approprié de masse et de chaleur. Ces propriétés dépendent fortement de la texture du support, laquelle résulte du procédé de fabrication...

Les procédés utilisant la catalyse hétérogène1 nécessitent la conception et le développement de matériaux innovants, aux propriétés mécaniques et texturales contrôlées, pour réaliser des supports de catalyseurs efficaces. En effet, la microstructure poreuse de ces supports est déterminante dans la performance du catalyseur supporté, puisqu’elle affecte fortement la résistance mécanique du support et les phénomènes de transferts impliqués...

Alors que les modèles macroscopiques couplés à l’analyse expérimentale de la porosité sont bien établis pour des pores de géométrie simple, les microstructures hiérarchisées et désordonnées défient les cadres existants et remettent en question les interprétations classiques. Nous avons proposé un cadre numérique pour contribuer à la résolution de ce défi, tenant compte à la fois de la morphologie, de la connectivité, et de la distribution en taille des pores...

Dans une structure géologique poreuse, l’écoulement d’un fluide géothermal entraîne des particules solides pour lesquelles les roches agissent comme un filtre. La capture de ces particules cause alors une réduction progressive de la perméabilité du milieu poreux, pouvant conduire à une réduction drastique de l’injectivité et à un éventuel échec de l’opération industrielle...

Dans le contexte de la transition énergétique, il est prévu que la production pétrolière aille en diminuant au rythme de la montée en puissance des énergies décarbonées et de l’évolution des besoins des populations en la matière...