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Intensification des transferts et de la réactivité

Problématique scientifique et stratégie :

La complémentarité des compétences en chimie fondamentale et réactivité d’une part, et en génie des procédés d’autre part permet de proposer un projet de recherche qui sera consacré à l’étude de l’intensification des processus de transferts et de la réactivité chimique. Cet objectif concerne essentiellement les procédés de traitement de la pollution dans les effluents liquides ou gazeux ainsi que dans les résidus solides générés.

L’objectif de ce projet concerne essentiellement les procédés ultrasonores et photocatalytiques qui présentent des caractéristiques de réactivité chimique communes, notamment la mise en place de réactions d’oxydation radicalaire de composés organiques dans des milieux biphasiques complexes. Sur le plan fondamental, les travaux seront donc orientés vers une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels, notamment aux interfaces. En complément, des actions seront engagées permettant une meilleure caractérisation hydrodynamique et énergétique des réacteurs mis en œuvre. L’accent sera également mis sur l’intensification des processus de transferts de matière et/ou de chaleur.

Production prévue :

Les travaux fondamentaux visent avant tout à une meilleure interprétation des phénomènes impliqués en présence d’un champ ultrasonore et en particulier à une compréhension plus précise de la cavitation ultrasonore efficace et de ses effets.

  • Approfondir le rôle des paramètres intrinsèques de l’onde ultrasonore (fréquence, puissance), du milieu de propagation (température, pression, gaz dissous…) et de la géométrie des réacteurs et des transducteurs piezo électriques sur la sélectivité et la cinétique chimique en milieu homogène ou hétérogène.
  • Optimiser la caractérisation énergétique des réacteurs à ultrasons à partir de la mise au point de nouveaux outils d’investigation. Il est envisagé ici de développer une analyse à partir de la technique d’émission acoustique afin de caractériser la population de bulles de cavitation générées dans ce type de réacteur.
  • Expliciter l’intensification constatée des processus de transfert de matière et/ou de chaleur en présence d’un champ ultrasonore.

Concernant la photocatalyse, les travaux doivent permettre :

  • Une meilleure compréhension des phénomènes impliqués à la surface du semi-conducteur.
  • Une réponse à un des principaux verrous au développement des procédés photocatalytiques, à savoir le faible débit acceptable en raison d’une limitation du procédé par l’adsorption des polluants sur les sites réactifs.

1 – Procédés innovants de traitement des pollutions
Nicolas Gondrexon, Stéphane Baup, Françoise Delpech, Christian Pétrier, Nicolas Hengl

  • Oxydation avancée

L’ensemble de ces travaux doit conduire à des adaptations et à des optimisations de la technologie ultrasonore en tant que procédé unitaire d’une filière de traitement. C’est notamment le cas de son application dans le domaine des techniques d’oxydation ultime pour en faire à terme une alternative possible aux procédés actuels de traitement des effluents plus attrayante encore. En outre, le développement de nouveaux procédés photocatalytiques à partir de matériaux innovants fonctionnalisés permettra l’optimisation et l’intensification de la dégradation de composés organiques en phase gazeuse par photocatalyse.

L’approche développée se basera sur l’association de ces deux technologies avec des techniques plus conventionnelles, afin d’aboutir à la conception de procédés hybrides propres dont les performances en matière de dépollution s’en trouveront significativement améliorées.

  • Valorisation de déchets solides

L’objectif des ces travaux concerne l’étude de l’application des ultrasons pour la récupération de métaux nobles. Le recours à cette technologie pour la valorisation de matériaux à haute valeur ajoutée s’inscrit dans un projet de valorisation et de recyclage des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques

2 - Transfert de chaleur sous ultrason
Nicolas Gondrexon, Stéphane Baup, Nicolas Hengl

Il s’agit, à partir d’une innovation technologique majeure, de concevoir et d’étudier des prototypes d’échangeur de chaleur « vibrant ». Les gains attendus sur l’efficacité énergétique de tels systèmes pourraient conduire au développement d’échangeurs de chaleur d’un genre totalement inédit dont les performances doivent s’en trouver améliorées de façon significative. De plus, ce concept pourrait constituer une réponse technologique pertinente au problème récurrent de l’encrassement des échangeurs de chaleur classiquement utilisés.


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