Offre de thèse (h/f) au lrgp nancy

Informations générales

Intitulé de l'offre : Offre de thèse (H/F) au LRGP Nancy
Référence : UMR7274-JEAPOR-002
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : NANCY
Date de publication : jeudi 20 novembre 2025
Type de contrat : CDD Doctorant
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 2 février 2026
Quotité de travail : Complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel
Section(s) CN : 01 - Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Description du sujet de thèse

L'ammoniac (NH3) est le principal ingrédient des engrais et sert également à la production de produits chimiques de base (urée, sels d'ammonium,, avec une production supérieure à 220 Mt par an. Récemment, grâce aux progrès significatifs réalisés dans les capacités industrielles de production d'H2 par électrolyse, le NH3 a été proposé comme vecteur d'H2 en raison de sa densité énergétique élevée de 5,2 kWh kg-1 et de sa teneur gravimétrique élevée en hydrogène de 17,6 % en poids, sans oublier la réaction de craquage thermodynamiquement favorable pour récupérer H2. A ce jour, le NH3 est presque exclusivement produit par le procédé Haber-Bosch (HB), optimisé depuis plus d'un siècle, qui est un procédé intensif à forte consommation d'énergie en raison de conditions de fonctionnement sévères, à savoir une T supérieure à 500 degrés C et une P supérieure à 150 bars. Ainsi, 2,4 % des matières premières fossiles consommées chaque année dans le monde sont destinées à la synthèse de NH3 (c'est-à-dire à la production d'H2), ce qui reflète l'empreinte carbone actuelle du procédé : 1,2 % du CO2 produit chaque année dans le monde.
La recherche sur les catalyseurs pour la synthèse de NH3 a récemment connu un essor grâce à l'utilisation du NH3 comme vecteur d'hydrogène pour le stockage et le transport à long terme, grâce aux infrastructures industrielles déjà existantes. Cependant, compte tenu de cette application, le procédé historique HB n'est pas adapté en raison de la centralisation des usines de production, qui n'est pas compatible avec l'utilisation de sources d'énergie renouvelables intermittentes, ainsi qu'avec le régime de démarrage et d'arrêt associé à la production intermittente d'hydrogène vert (électrolyse de l'eau avec un surplus d'électricité). Plusieurs alternatives sont actuellement à l'étude à des niveaux de maturité technologique (TRL) faibles : boucle chimique, catalyse assistée par photo, électro ou plasma. Le procédé assisté par plasma apparaît comme une solution réaliste pour un procédé entièrement électrifié soumis à la production d'hydrogène vert grâce à :
- un procédé fonctionnant à basse température (température ambiante), puis à basse pression,
- l'absence de limitation thermodynamique dans ces conditions,
- d'excellents taux de conversion rapportés, grâce à la capacité du plasma à faciliter la dissociation de la triple liaison N-N, et malgré une origine pas encore entièrement comprise de l'efficacité du procédé.
Cette thèse, dans le cadre du projet PLASMA-N-ACT vise à comprendre et à améliorer la catalyse assistée par plasma non thermique pour la synthèse de l'ammoniac, et à positionner ce procédé par rapport au procédé HB en termes d'indicateurs clés de performance (critères économiques, énergétiques et environnementaux). De nouveaux catalyseurs composites, à base de nitrure de terres rares - métaux de transition - promoteurs alcalins, seront conçus avec des supports SiO2 et Al2O3 à faible permittivité. Les rôles des composites sont multiples puisqu'ils : (i) facilitent l'adsorption et l'activation des réactifs N2 et H2 à l'interface catalyseur-plasma ; (ii) stabilisent à la surface du catalyseur les espèces H (métal) et N (sites vacants) qui se sont formées par excitation sous plasma en phase gazeuse ; (iii) renforcent le champ électrique autour de la surface du catalyseur.
La thèse consiste à réaliser les tâches suivantes :
- exploitation de données expérimentales pour développer un modèle cinétique;
- modélisation du réacteur de taille pilote de synthèse de NH3 assistée par plasma;
- intensification du réacteur et extrapolation pour développer le réacteur de taille industrielle;
- modélisation et optimisation de l'ensemble du procédé en tenant compte de la cinétique réactionnelle déterminée précédemment.

Contexte de travail

Le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) se consacre à l’optimisation des opérations unitaires utilisées dans les industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires. Le laboratoire étudie principalement les phénomènes de transfert (matière, chaleur, quantité de mouvement) et de réaction chimique et leur intégration dans des procédés innovants plus efficaces et plus durables.
Le doctorant sera affecté à l'axe PRIMO (Procédés Réactions Intensification, Membranes et Optimisation) qui développe des outils et méthodologie d'intensification et de synthèse des procédés avec des applications portant sur les réacteurs catalytiques et les procédés de séparation (membranaire).
Du point de vue organisationnel, l'étudiant sera encadré très régulièrement par des réunions hebdomadaires, voire bihebdomadaires si nécessaire. Un comité de suivi annuel de thèse sera mis en place. Le doctorant participera à un minimum de 2 congrès nationaux ou internationaux et participera aux réunions de suivi du projet Plasma N-ACT. Si nécessaire et selon les besoins du projet, un financement de formations pourra être organisé.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le doctorant travaillera exclusivement sur des travaux de modélisation.
Il n'y aura pas de travail expérimental pendant la thèse donc aucun risque lié à la manipulation de produits chimiques.
Le doctorant devra produire au minimum 2 publications pendant la durée de financement de la thèse.