PROJETS CARNOT

Développement d’un procédé intensifié pour la production en flux continu de microparticules hybrides (polymère/nanoparticules métalliques) à propriétés chromiques

Reponsable scientifique IS2M : K. Mougin

01/2022 – 12/2024

Ce projet vise le développement d’un procédé intensifié, en flux continu, permettant la production de microparticules hybrides polymère/nanoparticules métalliques en une seule étape. Ce procédé incorpore des éléments de microréaction (micromélangeurs et microréacteurs), de microfluidique (générateur de gouttelettes) et de réactions photo-induites (réduction et polymérisation) afin de produire des microparticules monodisperses en taille et de diamètre parfaitement contrôlé (100-800 µm). A titre d’exemple, ce démonstrateur vise la production de microparticules hydrophiles aux propriétés chromiques grâce à des nanoparticules d’or. L’agencement des deux réactions dans la ligne de flux sera particulièrement étudié selon qu’elles soient effectuées de manière séquentielle ou concomitante. Dans le premier cas, les nanoparticules métalliques (20 nm) seront tout d’abord synthétisées à partir du mélange continu de précurseurs et de leur photo-réductions en ligne ; puis introduites dans les gouttelettes de monomère avant leur photo-polymérisation sous flux. Dans le second cas, le mélange des précurseurs sera introduit dans les gouttelettes et photo-réduits en même temps que la polymérisation sera déclenchée par une irradiation UV à la même longueur d’onde.

Ces microparticules, de part leur cœur métallique, ont des propriétés optiques spécifiques, en particulier des propriétés mécanochromes dès l’instant ou on les insère dans une matrice polymère. Ces propriétés seront étudiées et des applications dans le domaine des encres et des résines photopolymérisables sont directement visées.

Reponsable scientifique IS2M : K. Mougin

01/2022 – 12/2024

Ce projet propose de concevoir 3 éco-matériaux composites à valeur ajoutée et faible empreinte environnementale, et de les mettre en œuvre selon des technologies originales développées au Cetim Grand Est, à l’échelle d’un pilote pré-industriel.

Il a pour objectifs, avec le support de l’IS2M, d’explorer un mode de compatibilisation par voie chimique entre renfort(s) et matrice(s), et d’étudier la structure morphologique, les propriétés physico-chimiques ainsi que différentes caractéristiques techniques (propriétés mécaniques, formabilité, durabilité…) des éco-matériaux destinés à différentes applications et marchés. La maîtrise de la variabilité des matières nécessaires à leur production fait partie intégrante du projet.

Au-delà des aspects techniques et économiques étudiés, la performance environnementale des éco-matériaux sera également évaluée, principalement au travers d’outils méthodologiques adaptés.

Le niveau de maturité atteint par ces produits devra être suffisamment élevé pour envisager une validation de cette approche en partenariat avec un ou plusieurs industriels à la recherche d’alternatives aux matériaux traditionnels.

Reponsable scientifique IS2M : J. Lalevée

01/2022

L’utilisation intensive de matière plastique s’accompagne de son accumulation dans l’environnement. Afin de limiter les déchets associés à cette industrie, il est nécessaire de revoir le cycle de vie de ces polymères ou de se tourner vers des matériaux biodégradables. Afin de faciliter cette transition, les techniques d’irradiation offrent de nombreux avantages. En fonction du type de rayonnement, des doses délivrées et des conditions d’irradiations, il est possible de synthétiser des polymères, de renforcer les matériaux aux propriétés moindres, comme les biodégradable, mais également de les dégrader ce qui peut favoriser une dépolymérisation. Dans ce projet, deux matériaux seront étudiés, un PMMA et un biodégradable à base de cellulose. Des traitements par rayonnement UV et rayonnements ionisants seront mis en place pour la synthèse de matériaux, leur renforcement et leur dégradation. L’impact de traitements combinés par rayonnement ionisant et photothermique sur la dépolymérisation des matériaux sera également évalué.

Intégration selon le concept d’économie circulaire de la filière pyrolyse, méthanisation et culture de microalgues pour une valorisation durable des déchets du secteur agro-industriel.

Reponsable scientifique IS2M : S.  Bennici

1/01/2021 – 31/12/2023

La méthanisation est en plein essor au sein de notre Territoire pour la production de biogaz (mélange de CO2 et CH4). Cependant, les grandes quantités de digestats produites peuvent engendrer des problèmes environnementaux : coûts de transport, émissions de gaz à effet de serre et lixiviation des nutriments. Le projet PYRAMID propose un schéma de bioraffinerie innovant associant des procédés thermochimiques (pyrolyse) et biologiques (méthanisation et culture de microalgues) pour fournir le secteur agricole en produits d’intérêt (fertilisants, biostimulants, amendement). Ces dernières années, la croissance de microalgues à partir de digestats liquides a montré plusieurs facteurs limitants (forte turbidité, teneur en ammonium des digestats liquides…) qui seront améliorés dans le cadre du projet PYRAMID par l’utilisation de biochars ou carbones activés. Les microalgues (Chlorelle sp., Monoraphidium sp.) seront cultivées sur les digestats liquides à l’échelle laboratoire puis dans des photobioréacteurs innovants (citerne souple et système à écoulement sinus-hélicoïdal). Les coproduits (microalgues/biochar) seront analysés seuls ou en mélanges pour des applications agronomiques en comparaison avec une fertilisation utilisant des digestats de méthanisation.

Stockage thermochimique par des composites « sel hydrate/supports carbonés »

Reponsable scientifique IS2M : S.Bennici

1/11/2019-30/10/2022

Pour arriver à l’indépendance énergétique et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les espoirs sont fondés sur la substitution de l’utilisation des sources d’énergie conventionnelles par des sources d’énergies propres et renouvelables comme l’énergie solaire. Le caractère intermittent de cette énergie représente cependant un enjeu important et nécessite la présence d’un système pour stocker l’énergie excédentaire lorsque la ressource est abondante dans le but de l’utiliser en période de besoins, pour réduire l’inadéquation temporelle entre la ressource et le besoin d’énergie. La recherche de nouveaux systèmes de stockage reposant sur l’utilisation de matériaux de stockage innovants est nécessaire. Dans ce projet, des composites à base de supports carbonés et sels hydrates seront développés afin de permettre l’augmentation de la densité énergétique et la puissance volumique d’un système de stockage de chaleur de type ‘thermochimique’. STOCKENER couvrira l’intégralité du procédé de stockage de la chaleur, en partant de la préparation et caractérisation du matériau composite jusqu’à son application dans un système semi-pilote.