Thèses en cours

Nom de l’étudiant : Clara MONGELLI
Titre de la thèse : Conception de catalyseurs bi-fonctionnels Zéolithes/Métaux pour la catalyse d’oxydo-réduction
Directeur de thèse : Jean-Louis PAILLAUD
Co-encadrants : Emmanuel Oheix

Résumé : Les zéolithes sont des matériaux inorganiques microporeux et cristallins composés principalement d’oxydes de silicium et d’aluminium. Ces matériaux sont identifiés et classifiés en fonction de leur structure cristalline et, actuellement, on recense plus de 250 topologies différentes. La présence de pores de dimensions nanométriques permet l’adsorption de molécules de petites tailles, permettant ainsi de nombreuses applications dans les domaines des procédés catalytiques et de séparation pour l’industrie chimique et la décontamination moléculaire. Cependant, les zéolithes sont dépourvues de propriétés d’oxydo-réduction intrinsèques. C’est pourquoi l’ajout de composés métalliques peut judicieusement compléter leurs caractéristiques. Plusieurs méthodes sont disponibles pour insérer des métaux dans les zéolithes. Selon la technique utilisée, la quantité, la localisation, la distribution) et la nature des sites métalliques peuvent considérablement varier, ce qui influence sur les propriétés et la réactivité des matériaux obtenus. Le projet que nous proposons ici a pour but le développement de nouveaux matériaux hybrides (zéolithes/métaux) et le test de leur activité catalyse dans un procédé de réduction pour la valorisation de la biomasse. Les travaux de doctorat incluent la synthèse hydrothermale de zéolithes, la fonctionnalisation avec des métaux adaptés, la caractérisation des catalyseurs aux différentes étapes et les test catalytiques dans le cadre d’une collaboration.

Nom de l’étudiant : Thi Thuy Dung NGUYEN
Titre de la thèse : Nanocristaux de pérovskites semi-conducteurs confinés dans des matrices micro- et mésoporeuses pour la photoréduction de CO₂
Directeur de thèse : Andrey RYZHIKOV

Résumé : Le sujet de la thèse fait partie du projet ANR EncaPer qui sera réalisé en collaboration avec le laboratoire Systèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Énergie et la Santé (SyMMES) de Grenoble et l’Institut de Chimie et Procédés pour l’Energie, l’Environnement et la Santé (ICPEES) de Strasbourg. Il est consacré à la synthèse de clusters et de nanoparticules de pérovskites halogénées encapsulées dans les matrices micro- et mésoporeuses. Les pérovskites halogénées AMX₃ et A₃M₂X₉ (A+ est un cation inorganique ou organique monovalent : Cs⁺, Rb⁺, méthylammonium [CH₃NH₃]⁺, M un cation métallique bivalent ou trivalent comme le Pb²⁺, Sn²⁺, Bi³⁺ et X un anion halogénure I^–, Br^– ou Cl^–) sont une nouvelle classe de matériaux semi-conducteurs peu coûteux, efficaces et facilement mis en œuvre pour le photovoltaïque, l’émission de la lumière ainsi que pour la photocatalyse. Les nanocristaux de ces matériaux présentent un intérêt particulier dû à l’effet de confinement quantique qui peut influencer leurs propriétés optoélectroniques. L’obtention de nanocristaux ou de clusters confinés dans les matrices micro- et mésoporeuses telles que les zéolites et les silices ayant une morphologie et une taille de pores contrôlée dans la gamme de 0,5 à 10 nm, présente un grand intérêt. Ce confinement devra permettre d’améliorer la stabilité des nanocristaux ainsi que d’étudier l’effet de leur forme et leurs dimensions sur leurs propriétés optiques, électroniques et photocatalytiques.

Nom de l’étudiant : Elena-Adelina RADUCAN
Titre de la thèse : Élaboration de nouveaux matériaux hydrophobes de type ZIF pour le stockage d’énergie et la séparation
Directeur de thèse : Sylvie FERLAY, Aziz JOUATI (CMC)
Co-encadrants : Gérald CHAPLAIS (IS2M)

Résumé : Les matériaux hybrides organiques-inorganiques de type ZIF (Zeolitic Imidazolate Framewok) présentent généralement (i) une grande surface spécifique (généralement nettement supérieure à celle des zéolites et des silices poreuses), (ii) une stabilité thermique (300-600 °C) souvent plus élevée que celle des autres types de Metal-Organic Frameworks et (iii) une tolérance acceptable aux pressions élevées, permettant ainsi leur utilisation dans une large gamme d’applications. Dans le cadre de cette thèse collaborative entre deux laboratoires alsaciens, de nouvelles séries de ligands fluorés seront synthétisées à grande échelle par des méthodes de synthèse conventionnelles et “écologiques”. Ces molécules organiques seront ensuite intégrées dans de nouvelles phases hybrides de type ZIF hautement hydrophobes. Les relations structure-propriétés de ces édifices cristallins et poreux seront étudiées afin de sélectionner les meilleurs candidats pour leur utilisation dans des dispositifs originaux de stockage d’énergie mécanique et de séparation.

Nom de l’étudiant : Camille STUDER
Titre de la thèse : Développement de matériaux adsorbants zéolithiques régénérables pour la dépollution des eaux souterraines contaminées par des Composés Aromatiques Polycycliques Oxygénés (CAP-O)
Co-directeur de thèse : Angélique SIMON-MASSERON
Co-encadrants : Habiba NOUALI

Résumé : Dans les pays industrialisés, de nombreux sols sont contaminés par des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), des composés toxiques et cancérigènes. Seize d’entre eux, classés comme polluants prioritaires par l’US EPA (US Environmental Protection Agency), sont surveillés en raison de leur toxicité et de leur présence fréquente. Cependant, d’autres composés, les Composés Aromatiques Polycycliques Oxygénés (CAP-O), issus notamment de la dégradation des HAP, posent également des risques pour la santé et l’environnement. Plus solubles que les HAP, les CAP-O migrent plus facilement dans les eaux souterraines, étendant ainsi la pollution. Certaines méthodes de dépollution existantes pour éliminer les HAP, comme l’oxydation chimique ou la biodégradation, favorisent la formation des CAP-O. Il est donc essentiel de développer des solutions efficaces pour éliminer ces derniers. Ce projet de thèse vise à concevoir un procédé innovant et économiquement viable pour traiter à la fois les HAP et les CAP-O dans les eaux souterraines. La stratégie retenue repose sur l’utilisation d’adsorbants minéraux poreux régénérables pour piéger ces contaminants. Cette approche permettra de valider un procédé de dépollution, étape clé avant une éventuelle industrialisation.

Nom de l’étudiant : El Batoul ZERIFI
Titre de la thèse : Étude des propriétés d’adsorption du radon, du xénon et de, leurs mélanges dans les matériaux microporeux, en combinant différentes techniques de simulation moléculaire et en étroite collaboration avec l’expérience.
Directeur de thèse : Jean-Louis Paillaud
Co-encadrants : Irena Déroche, Taylan ORS

Résumé : La recherche de la matière noire et de la double décroissance beta sans émission du neutrino constitue une thématique de recherche prioritaire en physique nucléaire. La mise en évidence de leur signature expérimentale nécessite des détecteurs ultrasensibles, avec une maîtrise totale des bruits de fond altérant les mesures. Les détecteurs sont basés sur des cibles formées des gaz monoatomiques (xénon) liquéfiés. Cependant le radon, un gaz radioactif présent à l’état de trace dans la cible constitue une source importante de bruit de fond. Il apparaît alors essentiel de purifier la cible, constituée du xénon de toute trace de radon. La réactivité de ces deux gaz monoatomiques est très limitée et en plus, leurs dimensions atomiques sont très proches. La purification de la cible du radon s’avère alors être un véritable challenge. Dans le domaine de la séparation des gaz, certains matériaux microporeux, tels que les zéolithes ont montré un fort potentiel. Par conséquent, l’objectif de la thèse, dans le cadre du projet ANR Innovative mateRials for Extreme radoN capturE est d’optimiser les paramètres des zéolithes afin qu’ils adsorbent sélectivement le radon dans un mélange avec le xénon. Une combinaison pertinente de différents outils de simulation moléculaire sera déployée dans ce but.

Mots-clés : adsorption, simulation moléculaire, Monte Carlo, dynamique moléculaire, DFT, zéolithes, radon, xénon