Thermodynamique / Modélisation moléculaire

La valorisation de la biomasse au travers de produits et d’intermédiaires chimiques est une voie de plus en plus adoptée pour réduire l’empreinte carbone de cette industrie. 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). Cette transformation nécessite l’usage de catalyseurs et parmi ceux-ci, les catalyseurs hétérogènes à base de zéolithes présentant une acidité de Lewis ont démontré un fort potentiel, conféré par la présence d’un métal tétravalent en position de réseau.

La perte progressive d’autonomie des batteries lithium-ion, utilisées dans nos téléphones portables et dans les véhicules électriques, est notamment liée à la formation d’une couche dite « Solid Electrolyte Interphase » (SEI) qui s’installe entre une des électrodes et l’électrolyte de la batterie. La formation de cette couche SEI (Figure 1) a été étudiée théoriquement dans le cadre de cette thèse, via la modélisation moléculaire, afin de comprendre ses aspects thermodynamiques et cinétiques. Le travail a d’abord consisté à établir une base de données des réactions chimiques impliquées en utilisant la DFT1 pour calculer les énergies de réaction et d’activation. Les simulations kMC2 ont ensuite révélé que des sels comme Li2CO3 et Li2O, issus de la dégradation de l'électrolyte, jouent un rôle crucial. Les simulations permettent également de prédire la perte de capacité de la batterie selon la composition initiale de la couche SEI (Figure 2) et suggèrent de considérer d'autres sels comme LiF issus de la dégradation [1]...

La compréhension des propriétés chimiques des supports (alumine-gamma notamment) et phases actives des catalyseurs hétérogènes représente un défi nécessitant la description fine de systèmes à l’échelle atomique et la quantification d’événements rares à cette échelle : les réactions chimiques. Le calcul quantique apparaît alors comme un outil pertinent pour tenter de relever ce défi. Toutefois, une amélioration continue des méthodologies numériques et des modèles atomistiques est nécessaire pour déterminer la structure complexe des sites actifs, d’une part, et leur réactivité (constante de vitesse), d’autre part. En couvrant tous ces aspects, ce travail de thèse a apporté des réponses à ce double enjeu, tout en explorant les apports d’algorithmes d’apprentissage machine (ML1)...

La simulation du transport réactif de fluides a de multiples applications - écoulements en milieu poreux, combustion, génie des procédés - et requiert des calculs d’équilibre thermodynamique (aussi appelés calculs « flash »). Cependant, ces calculs peuvent avoir des durées importantes et, comme ils interviennent en grand nombre dans les simulations réalisées, ils limitent en pratique ces dernières à des systèmes contenant peu d’espèces chimiques ou à des échelles de temps et d’espace restreintes...

Tout le monde a remarqué que les batteries à base d’ions lithium, utilisées dans nos téléphones portables, ordinateurs, etc., perdent progressivement de l’autonomie au point de devenir inutilisables. Cette perte d’autonomie résulte notamment d’une couche, dite SEI, qui s’installe entre une des électrodes et l’électrolyte de la batterie. Cette couche apparaît dès le premier cycle de charge/décharge de la batterie, et croît progressivement en consommant des ions de lithium, de manière irréversible et donc au détriment de la capacité de la batterie...

La réaction d’oligomérisation des oléfines permet d’accéder à une large gamme de composés clés dans le domaine des carburants, de la pétrochimie ou encore de la chimie fine...

Quel ingénieur chimiste n’a jamais rêvé d’un outil lui permettant d’identifier directement un fluide (corps pur ou mélange) sur la base de caractéristiques nécessaires à un contexte applicatif donné ? Un tel Graal pourrait devenir réalité grâce à la Chémoinformatique et ses méthodes...

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La thermodynamique des électrolytes est un domaine stratégique pour IFPEN car elle intervient dans nombre de ses innovations technologiques, existantes ou en développement...

De son expérience reconnue dans le développement de solutions pour la production énergétique, IFPEN a hérité une expertise approfondie des matériaux à usage fonctionnel. Cette compétence est aujourd’hui mise au service des nouveaux défis de la transition énergétique...