La photocatalyse hétérogène représente une technologie prometteuse dans la mitigation des impacts écologiques. Ses applications principales concernent la dépollution (traitement des eaux usées, purification de l’air, etc.) et la valorisation du CO2 (croissance de microalgues, production d'hydrogène). Pour la dépollution de l’eau, le fluide à traiter est mis en contact avec un catalyseur solide activé par l’action de la lumière permettant ainsi la dégradation des composés organiques présents au sein du fluide. Parmi les matériaux ayant des propriétés photocatalytiques, le dioxyde de titane (TiO2) est le plus utilisé en raison de sa disponibilité, de sa stabilité chimique et de son faible prix.

L’efficacité d’un tel processus dépend principalement des phénomènes de transport de matière vers la surface du photocatalyseur et de la distribution de la lumière au sein du système permettant l’activation de la surface du solide. L’optimisation de ces paramètres est liée au type du réacteur mis en œuvre et est particulièrement délicate en réacteur ouvert (i.e. en flux).

Les écoulements de Taylor-Couette présentent des caractéristiques intéressantes pour les systèmes photocatalytiques. Le réacteur est composé de deux cylindres concentriques avec le cylindre interne en rotation et le cylindre extérieur fixe, formant ainsi une zone d’écoulement annulaire. Les principaux avantages de ce type de réacteur sont un faible chemin optique et parfaite maîtrise de l’agitation. En effet, plusieurs régimes d’écoulement peuvent être atteints (de l’écoulement piston pur à l’écoulement parfaitement agité) en jouant sur la rotation du cylindre intérieur et mis à profit pour favoriser la dispersion du catalyseur et de matière et avoir ainsi un meilleur contrôle de la réaction (rendement, sélectivité).

L’objectif du stage est l’étude expérimentale de la décomposition d’un polluant organique dispersé dans un effluent liquide par le TiO2 dans un réacteur continu à écoulement Taylor-Couette au sein du Laboratoire de développement de procédés pour le Recyclage et la Valorisation pour les systèmes Energétiques décarbonés (LRVE).

Les travaux consisteront à quantifier la dégradation du composé organique en fonction de la taille du jeu au sein du réacteur, la vitesse de rotation, le débit de liquide, la distribution de taille des particules de TiO2 et l’éclairement. La caractérisation de l’effluent du réacteur sera réalisée par des techniques spectroscopiques. Les mesures expérimentales seront complétées par des calculs du coefficient de dispersion axiale et la mise en œuvre des modèles classiques à écoulement non-idéal.

Géographiquement, ce stage se déroulera au sein du CEA/ISEC sur le site de Marcoule, proche d’Avignon.

Etudiant(e) en Master 2 ou école d'ingénieur en génie des procédés ou génie chimique.

Le/ la candidat(e) devra faire preuve d'initiative, rigueur scientifique et disposer de connaissances en génie des procédés et génie chimique.