Programme de la Journée des Jeunes Chercheurs du 04

Programme scientifique
Journée Jeunes Chercheurs LAGEP
04 Juin 2015
Programme de la Journée des Jeunes Chercheurs du 04/06/2015
Jeudi matin : AMPHI Physique nucléaire
Communications orales
9h00 – 9h10
Ouverture de la journée
Mots du directeur : M. Fessi (LAGEP)
Session 1
Chair : Madiha NADRI (Maître de Conférences)
Elodie CHABANON (Maître de Conférences)
9h15 – 9h30
Sonia FERREIRA «Modélisation du transport intra-granulaire dans un réacteur catalytique :
compréhension des phénomènes de transport et représentation simplifié de la structure poreuse»
Doctorante 1ère année.
9h35 – 9h50
Louis LEFEBVRE «Développement et caractérisation de mousses cellulaires pour
l’intensification des procédés» Doctorant 1ère année.
9h55 – 10h15
Talha JAMSHAID «Magnetic core / Polymer shell Particles for Lab-on-a-chip Biomedical
Diagnostic Applications » Doctorant 2ème année.
10h20 – 10h40
Solmaz ARYAFAR «Scale-up of emulsion polymerization process » Doctorante 3ème année.
10h30 – 11h00
Pause
Session 2
Chair : Eyad ALMOUAZEN (Maître de Conférences)
Emilie GAGNIERE (Maître de Conférences)
11h00 – 11h15
Marc-Aurèle LAGACHE «Analyse des problèmes de contrôle optimal inverse et applications
bio-inspirées» Doctorant 1ère année
11h20 – 11h35
Marion DUBALD «Développement d’une forme innovante pour l’administration ophtalmique
d’antibiotique» Doctorante 1ère année
11h40 – 12h00
Alicia SALERNO «In vitro skin decontamination of the organophosphorus pesticide paraoxon
with nanometric cerium oxide CEO2 » Doctorante 2ème année.
12h05 – 12h25
Barthélémy BRUNIER «Modélisation des procédés de polymérisation en émulsion stabilisés par
des particules inorganiques» Doctorant 3ème année.
12h30 – 14h25
Buffet dans la salle panoramique de CPE (3ème étage)
Programme scientifique
Journée Jeunes Chercheurs LAGEP
04 Juin 2015
Jeudi après-midi : AMPHI Physique nucléaire
Communications orales
Session 3
Chair : Isabelle PITAULT (Chargés de Recherche)
Stéphane LABOURET (Post-Doctorant)
14h30 – 14h45
Rasmey TRY «Optimisation hydraulique et thermique d’un réacteur catalytique modulaire pour
l’hydrogénation du CO2 en méthane pouvant répondre à une flexibilité du débit de gaz réactif
entrant» Doctorant 1ère année.
14h50 – 15h05
Nadiah ZAFAR «Elaboration of sponge like biodegradable cationic particles via double
emulsion solvent evaporation for cosmetic- textile application» Doctorante 2ème année.
15h10 – 15h30
Raphael PAWELOSZEK« Skin penetration of ions» Doctorant 3ème année
15h35 – 15h55
Ana Carolina MENDEZ ECOSCIA «A new method for measuring the stability of emulsion polymer
particles using turbidity measurements » Doctorante 2ème année.
16h00 – 16h30
Pause
Session 4
Chair : Sandrine BOURGEOIS (Maître de Conférences)
Fayez Shakil AHMED (Maître de Conférences)
16h35 – 16h50
Bob Cherubin Emerson MOMBO «Amélioration des performances sur la réduction des
émissions de gaz à effet de serre et de la teneur en hydrocarbures des effluents rejetés au Congo»
Doctorant 1ère année.
16h55 – 17h10
Nidhal FESSI « Intensified photocatalytic degradation of methylnaphthalene by Pickering
emulsion of TiO2 nanoparticles» Doctorant 1ère année. 17h15 – 17h35
Alexis ZENNER «Caractérisation hydro-thermique d’un réacteur industriel – vers un procédé
plus performant» Doctorant 1ère année.
Modélisation du transport intra-granulaire dans un
réacteur catalytique : compréhension des phénomènes de
transport et représentation simplifié de la structure poreuse
Sónia FERREIRA
([email protected])
Doctorante 1ère année - Financement : IFPEN
LAGEP et IFP Energies nouvelles - Lyon, 69360 Solaize – France
Encadrant 1 ([email protected]), Encadrante 2 ([email protected]), Encadrant 3
([email protected]), Directeur de Thèse ([email protected])
Résumé
Dans le domaine pétrolier et plus précisément dans le contexte de
l'hydrotraitement, reformage catalytique et isomérisation, les
supports d’alumine-gamma sont largement utilisés. Parmi la
conversion des fractions pétrolières, la conversion de fractions
lourdes utilise ces supports de catalyseur. Il est connu que le
transport intra-granulaire par diffusion dans certaines applications
est une étape fortement limitante. Par conséquent, lors du
développement de catalyseurs poreux hétérogènes, de petites
variations dans les propriétés texturales peuvent conduire à des
différences significatives de l'activité catalytique. Ainsi, une bonne
maîtrise des aspects diffusionnels est nécessaire.
Afin d’obtenir la cinétique intrinsèque des catalyseurs, il est
important d'évaluer le transport par diffusion de manière adéquate
et d'intégrer cette information dans la modélisation des réacteurs. Cependant, à l’heure actuelle, il n’existe pas
d’approche de modélisation qui permette de représenter correctement et de comprendre ces phénomènes dans les
milieux poreux. En effet, la méthode classique consiste à utiliser une loi de flux de type Fick, associée à la
définition du réseau poreux en corrigeant le coefficient de diffusion. Cette représentation a comme hypothèse la
constitution du réseau poreux par plusieurs pores cylindriques disposés en parallèle, en ignorant donc la distribution
de la taille des pores et l’inter-connectivité des pores. D’autre part, la représentation Fickienne suppose un
découplage des flux des espèces ce qui est aussi très approximatif et n'intègre pas les interactions avec le solide.
Aussi, la loi de Fick considère la variation de la concentration comme force motrice alors que le potentiel chimique
est la vraie force motrice. Ce travail vise donc à acquérir une meilleure représentation de la structure poreuse du support des catalyseurs
utilisées dans les modèles de réacteurs et proposer une meilleur description du transport intra-granulaire en prenant
en compte la non-idéalité de la phase fluide et d’autres phénomènes.
Afin d’accomplir ces objectifs il est nécessaire d’effectuer un étude des différents méthodes de caractérisation
adaptés aux supports d’alumine-gamma, soit expérimentales ou numériques [1]. Une combinaison des techniques
expérimentales de caractérisation du réseau poreux permettra de définir de façon plus réaliste le milieu poreux.
Ensuite, à la définition du réseau poreux préalablement établi sera intégré le transfert de matière, en utilisant par
exemple l’approche de Maxwell-Stefan [2][3]. Ce modèle sera ensuite intégré dans un modèle de réacteur
catalytique, permettant d’identifier les paramètres texturales importants.
Mots clés :
Modélisation d’un support alumina-gamma, modélisation du transfert de matière intra-granulaire
Références
[1] N. A. Seaton, “Determination of the connectivity of porous solids from nitrogen sorption measurements—III.
Solids containing large mesopores,” Chem. Eng. Sci., vol. 46, no. 8, pp. 1895–1909, 1991.
[2] F. Fornasiero, J. M. Prausnitz, and C. J. Radke, “Multicomponent diffusion in highly asymmetric systems. An
extended Maxwell-Stefan model for starkly different-sized, segment-accessible chain molecules,”
Macromolecules, vol. 38, pp. 1364–1370, 2005.
[3] R. Krishna and J. A. Wesselingh, “Maxwell-Stefan approach to mass transfer,” Chem. Eng. Sci., vol. 52, no. 6,
pp. 861–911, 1997.
Développement et caractérisation de mousses cellulaires
pour l’intensification des procédés
Louis Lefebvre
([email protected])
Doctorant 1ère année - Financement : MESR
Encadrant : David Edouard ([email protected])
Résumé
Les mousses cellulaires sont connues pour leurs propriétés morphologiques permettant d’obtenir
un rapport surface sur volume élevé, de faibles pertes de charges et une intensification des
phénomènes de transferts. Les mousses de polyuréthane (PU) présentent l’avantage d’être
disponibles sous différentes formes et à faible couts.
Cependant, de par leurs propriétés de surface, ces mousses élastomère sont très peu utilisés dans
l’intensification des procédés et notamment des procédés chimiques. Récemment, la polydopamine
qui est un polymère adhésif inspiré par les moules1, a montré des propriétés de surface
remarquable.
L’idée directrice de cette thèse est donc de coupler les mousses cellulaires de PU et la
polydopamine. L’objectif est donc d’améliorer les propriétés filtrante2, 3 des mousses polyuréthane
mais aussi de les utiliser comme support catalytique 4.
La première partie de ma thèse consiste à caractériser le dépôt de polydopamine sur les mousses de
polyuréthane avant de mettre en place par la suite différentes réactions catalytiques.
Mots clés :
Mousse de polyuréthane, Fonctionnalisation, Catalyse
Références
[1] Messersmith et al, Science, 318 (2007) 426-430
[2] H. J. M. Bowen et al. , J. Chem. Soc. A , (1970), 1082-1085
[3] Yu et al. , Journal of Hazardous Materials 273 (2014) 174–182
[4] Demande de brevet français n°14 57 055
Magnetic core / Polymer shell Particles for Lab-on-a-chip
Biomedical Diagnostic Applications
Talha Jamshaid ([email protected])
Doctorant(e) 2ème année - Financement : Bourse Pakistan
Encadrant : Hamid ELAISSARI
Résumé
Introduction: In the last decades, a great attention has been paid to magnetic latex nanoparticles (MNPs) due their
superparamgnetic properties emanating from their nano-size [1]. They have found promising applications in various
industrial and particularly biomedical diagnostic domains (e.g. fast separation, purification and detection of
biomolecules) [2]. In fact, such particles are used as a solid support, a carrier or for detection in microsystems,
microfluidic and more recently in Lab-on-a-Chip and also in biosensors.
The structure and morphology of these MNPs play a
significant role for their final use. Core-shell morphology
of the colloidal magnetic nanoparticles is the most
favorable for biomedical diagnostic field [3]. In this
regard, the current research aims to optimize the reaction
conditions required to get colloidal particles with
magnetic core and polymer shell, starting from a magnetic
emulsion which used as a seed in the emulsion Figure 1 Schematic procedure for synthesis of magnetic
copolymerization of styrene (St) with divinylbenzene poly(St-DVB) particles using seeded emulsion
polymerization
(DVB), as shown in Figure 1.
The prepared magnetic poly(St-DVB) colloidal particles were characterized using various techniques, including
FTIR, magnetic properties, TEM, TGA, and zeta potential measurements as a function of pH of the dispersion
media.
Results: Colloidal magnetic poly(St-DVB) particles with core-shell morphology were successfully prepared using
magnetic emulsion as a seed and particularly at high DVB content (St:DVB, 20:80) ,as evidenced by Transmission
Electron Microscopy, as shown in Figure 2. In addition,
the prepared magnetic colloidal particles are submicron in
size (270 nm) and have good colloidal stability with high
magnetic content (65 wt%) which is highly required for
fast biomedical separation under the effect of an external
magnetic field. More interestingly, the magnetic poly(St-DVB) colloidal
particles can be used as a template for further
functionalization with reactive monomers in order to get
reactive magnetic colloidal particles used for detection of
Figure 2 TEM photos of seed magnetic emulsion (A),
biomolecules (e.g. antibody, antigen, virus, bacteria, etc) and core-shell magnetic poly(St-DVB) colloidal particles
from the physiological media.
(B).
Conclusion and perspectives: Colloidal magnetic poly(StDVB) particles with core-shell morphology were successfully prepared using magnetic emulsion as a seed and
particularly at high DVB content. The obtained magnetic particles have high colloidal stability and high magnetic
content which is highly favorable for biomedical fast separation applications. In addition, the obtained magnetic
particles can be considered as a good template for further functionalization with reactive monomers in order to be
used for fast interaction with bimolecular species in the physiological media.
Mots clés :
Submicron, Magnetic particles, Functionalization, Morphology, lab-on-a-chip
Références
[1] Ladj, R., Bitar, A., Eissa, M., Mugnier, Y., Le Dantec, R., Fessi, H., Elaissari, Journal of Materials Chemistry B
1 (2013), 1381.
[2] Eissa, M.M., Mahbubor Rahman, M., Zine, N., Jaffrezic, N., Errachid, A., Fessi, H., Elaissari, A., Acta
Biomaterialia (2013), 5573.
[3] Braconnot, S., Eissa, M.M., Elaissari, A, Colloid and Polymer Science 291 (2013), 193.
SCALE-UP OF EMULSION POLYMERIZATION
PROCESS
Solmaz ARIAFAR
([email protected])
Doctorante 3ème année - Financement : bourse ministérielle
(C2P2-UMR-5265 / LAGEP-UMR-5007)
Encadrant 1 ([email protected]), Encadrante 2 ([email protected])
Résumé
Emulsion polymerization is widely employed to produce latexes for coatings, inks, paints, and
adhesives. The development of this industry has been due to both the possibility of producing
polymers with unique properties and the environmental concerns relating to substitution of
solvent‐based system by waterborne products.
Emulsion polymers are ‘‘products‐by‐process’’; in other words, the process is as important as
the chemistry in determining the final products. One of the main parameters influencing the final
quality of the latexes is the particle size distribution (PSD). High solid content latexes are an
excellent example of a product requiring an accurate control of the PSD. Their formulation
usually requires a very well‐defined PSD in order to maintain acceptable levels of viscosity.
Modeling the evolution of the particle size distribution is usually accomplished through the
addition of a set of population balance equations (PBEs) to the kinetic model. This model
provides a means of considering the contribution of different phenomena in the evolution of
particle size, including nucleation, growth of polymer particles by polymerization, and
coagulation or breakage of particles due to Brownian or Fluid motion. However all of these
phenomena are “local” in the sense that they are functions of the local concentration,
temperature, mixing conditions, shear… etc. This implies that the extent and quality of mixing
in the reactor will have a major impact on the properties of the polymer. Since changing scales
(e.g. from the 1L laboratory scale to the 10 000L industrial scale) can impact the time scales for
mixing (without changing the intrinsic time scales for kinetic events), it would be useful to
understand the relationship between the scale of the reactor and the way in which the
polymerization takes place.
The objective of the current work is to study the scale-up of a mechanically stirred tank reactor
for a semi‐batch emulsion polymerization process. By generating the knowledge of
understanding the impact of changes of scale on the product particle size distribution, we will be
able to control and manipulate the product PSD during the scaling up of the reactor.
This is accomplished through the coupling of a computational fluid dynamics (CFD) simulation
and population balance equations (PBE) to efficiently simulate the scale‐up of a semi‐batch
emulsion polymerization process. Fluent CFD software is used to generate flow fields inside a
series of reactors of varying production scale; these flow fields are used to compute the rate of
different phenomenon contributing to the evolution of polymer particles sizes by solving PBE
simultaneously in each time step. On the other hand the particles sizes resulted from the solution
of the PBE are used to update the flow field in each time step of the transient flow simulation.
Using this framework, the effects of reactor scale and inhomogeneous mixing on the latex
particle size distribution is being simulated.
Mots clés :
Emulsion polymerization; Scale-up; Population balance modelling; CFD
Analyse des problèmes de contrôle optimal inverse et
applications bio-inspirées
Marc-Aurèle LAGACHE
([email protected])
Doctorant 1ère année - Financement : MESR
(Avec le Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes
(LSIS), Toulon)
Directeur : Jean-Paul GAUTHIER ([email protected])
Co-encadrant : Ulysse SERRES ([email protected])
Résumé
Le contexte général de cette thèse est le contrôle optimal inverse. Plus précisément, nos deux
objectifs majeurs sont les suivants.
D’une part, nous voulons élaborer des méthodes (théorique et algorithmiques) de reconstruction
du critère à optimiser dans un problème de contrôle optimal à partir d’un ensemble de solutions
à ce problème, ainsi que déterminer (caractériser) les "bons" ensembles de trajectoires
permettant la reconstruction du critère.
Bien sûr, de telles méthodes seront dépendantes de la classe des coûts considérée.
D’autre part, nous voulons étudier (et classifier) les solutions stables des problèmes de contrôle
optimal associés à une classe de coût "singulière". Cet aspect est très important lors de l’étude de
robustesse des solutions du problème de contrôle optimal inverse.
Le contrôle optimal inverse connaît un regain d’intérêt depuis une quinzaine d’années (voir
[1,2]), en particulier dans l’étude des comportements moteurs humains (voir [3,4]). En effet,
selon un paradigme largement accepté en neurophysiologie (voir [5]), parmi tous les
mouvements possibles ceux effectivement réalisés sont solutions d’un processus d’optimisation.
Mots clés :
Contrôle optimal, problème inverse, optimisation, principe du maximum de Pontryagin,
transversalité de Thom.
Références
A. Ajami, J.-P. Gauthier, T. Maillot, and U. Serres, “How humans fly,” ESAIM Control. Optim.
Calc. Var., vol. 19, no. 4, pp. 1030–1054, Jun. 2013.
B. Berret, C. Darlot, F. Jean, T. Pozzo, C. Papaxanthis, and J. P. Gauthier, “The inactivation
principle: Mathematical solutions minimizing the absolute work and biological implications for
the planning of arm movements,” PLoS Comput. Biol., vol. 4, no. 10, p. e1000194, Oct. 2008.
K. Mombaur, A. Truong, and J.-P. Laumond, “From human to humanoid locomotion—an
inverse optimal control approach,” Auton. Robots, vol. 28, no. 3, pp. 369–383, Dec. 2009.
Y. Chitour, F. Jean, and P. Mason, “Optimal Control Models of Goal-oriented Human
Locomotion,” SIAM Journal on Control and Optimization, vol. 50, no. 1. pp. 147–170, 2012.
W. Li, E. Todorov, and D. Liu, “Inverse Optimality Design for Biological Movement Systems,”
World Congress, vol. 18, pp. 9662–9667, 2011.
Développement d’une forme innovante pour l’administration
ophtalmique d’antibiotique
Marion DUBALD
([email protected])
Doctorante 1ère année - Financement : CIFRE Laboratoire Horus Pharma
Véronique Andrieu ([email protected]), Sandrine Bourgeois
([email protected]), Hatem Fessi ([email protected])
Résumé
Depuis plusieurs décennies Les recherches concernant l’administration de traitement antibiotique par voie
ophtalmique ont vu leur intérêt considérablement évoluer, lié au développement de nombreuses formes
galéniques innovantes pour l’administration ophtalmique [1]. L’antibiothérapie topique à destination
oculaire offre une biodisponibilité équivalente voir supérieur à l’administration par voie générale.
L’objectif de ce travail de thèse est de mettre au point une forme galénique innovante stérile pour
l’administration ophtalmique d’un antibiotique. Cette forme doit être bien tolérée, facile à appliquer et
efficace localement. Le principe actif sélectionné peut se présenter sous forme de sel ou sous forme
monohydratée. Il est sensible à la température et à la lumière. Le système pharmaceutique actuel étudié est
basé sur l’encapsulation du principe actif afin de garantir une protection de ce dernier et permettre sa
libération prolongée au site d’administration.
Préalablement, la détermination de la solubilité du principe actif dans différents solvants et huiles a permis
d’orienter les choix galéniques. Plusieurs polymères biodégradables (PLA et PLGA) ou phospholipides ont
été testés pour l’élaboration de nanoparticules (nanosphères et nanocapsules à contenu huileux) ou de
liposomes en utilisant respectivement les méthodes de nanoprécipitation [2] et d’injection d’éthanol [3]. Les
particules obtenues lors de ses études préliminaires ont été caractérisées en termes de taille, de leur charge
de surface (potentiel zeta) mais aussi par le taux d’encapsulation en principe actif au sein des particules.
Les nanosphères et nanocapsules obtenues ont des tailles allant de 180 à 300 nm avec des indices de
polydispersité (PdI) de 0,07 à 0,19. Le potentiel zeta varie de -20 mV à +10 mV selon le type de
polymère utilisé et la forme du principe actif (sel ou base). Toutefois, les taux d’encapsulation en
principe actif au sein des nanoparticules demeurent très faibles puisqu’ils restent inférieurs à 25%. Les
liposomes présentent une taille légèrement inférieure (de 80 à 200 nm pour un PdI allant de 0,07 à 0,18)
et un potentiel zeta variant de 0 mV à +10 mV.
Ces résultats préliminaires montrent des nanoparticules ou des liposomes de faible taille peuvent être
facilement formés. Du fait de l’administration ophtalmique, la faible taille des particules obtenue est un
avantage pour la tolérance du médicament au niveau local et l’observance du patient. Toutefois, la
difficulté demeure l’encapsulation du principe actif au sein des nanoparticules qui est très faible en
raison de ses propriétés physico-chimiques.
Au vu des différents propriétés du principe actif tel que son hydrophilie, d’autres méthodes
d’encapsulation comme la double émulsion ou encore l’utilisation de chitosan sont envisagées.
Mots clés
Nanoparticules, voie ophtalmique, antibiotique, encapsulation,
Références
[1] D. Achouri, K. Alhanout, P. Piccerelle, V. Andrieu, Drug Development and Industrial Pharmacy 39
(2013) 1599–1617
[2] H. Fessi, J. P. Devissague, F. Puisieux, C. Thies, J.P. Devissaguet, US Patent 5118528 (1988).
[3] C. Charcosset, A. Juban, J.P. Valour, S. Urbaniak, H. Fessi, Chemical Engineering Research and
Design 94 (2014) 508-515.
IN VITRO SKIN DECONTAMINATION OF THE
ORGANOPHOSPHORUS PESTICDE PARAOXON
WITH NANOMETRIC CERIUM OXIDE CEO2
Alicia SALERNO
([email protected])
Doctorante 2ème année - Financement : CNRS/DGA
Encadrants : Stéphanie Briançon ([email protected]), Thierry Devers
([email protected])
Résumé
As shown recently with the Ghouta attack in Syria, chemical warfare agents represent a threat
for both military and civilians. Organophosphorus compounds mainly penetrate the body via the
percutaneous pathway. The first signs of intoxication appear quickly (2-3 hours after exposure).
Body surface decontamination is therefore crucial to prevent victims poisoning. Fuller’s earth
and RSDL are the most efficient systems for skin decontamination following a chemical
warfare agent exposure1. However, they have some drawbacks: RSDL is very expensive and
Fuller’s earth particles induce dust problems during and after topical application. The
development of a new formulation, which could be efficient and easy to handle in case of mass
contamination, is therefore crucial. Nanometal oxides, due to enhanced surface areas from their
nanodimensions show enhanced reactivity (hydrolysis) toward many chemical warfare agents.
Nanometric cerium oxide CeO2 has already shown a good protection against chemical warfare
agent2, 3. Thus, the aim of the study was to determine the efficiency of CeO2 for skin
decontamination following an exposure to Paraoxon (POX), a well-known surrogate of
chemical warfare agents. First, reaction of CeO2 (two different sizes: 10 or 30 nm) with POX
was evaluated in aqueous solution at the obscurity or under a UV light. The degradation of POX
was monitored following the appearance of the degradation product (p-nitrophenol or PNT)
which absorb at 360 nm. Results showed that CeO2 with a size of 10 nm was more efficient at
degrading POX. Moreover, because of the photocatalytic activity of CeO2, degradation of POX
was significantly increased under UV. Then, skin decontamination was studied in vitro using
the Franz cell method with pig-ear skin samples. Raw particles (CeO2, 10nm) and aqueous
dispersion of CeO2 thickened were applied 1 hour after POX exposure. The efficiency of
decontamination was compared to Fuller’s earth and RSDL. After 24h of experiment, POX and
PNT were quantified in 6 different compartments (non-absorbed fraction, first strip, stratum
corneum, epidermis, dermis and receptor compartment) by HPLC-UV. The results showed that
aqueous dispersion of CeO2 decreased significantly the quantity of POX absorbed in the skin
contrary to powder form. On the other side, its degradation activity was less important than the
raw particles. RSDL stays the most efficient system with a reduction of 220 times of the applied
dose compared to the control.
Mots clés :
Skin decontamination, percutaneous penetration, in vitro, Paraoxon, cerium oxide
Références
[1] Bjarnason, S., Mikler, J., Hill, I., Tenn, C., Garrett, M., Caddy, N., Sawyer, T.W. Hum. Exp. Toxicol
(2008), 27, 253–261.
[2] Zenerino A. (2012), Ph.D. Thesis, University of Nice Sophia Antipolis, France.
[3] Boutard T. (2013), Ph.D. Thesis, University of Orléans, France.
MODELISATION DES PROCEDES DE
POLYMERISATION EN EMULSION STABILISES PAR
DES PARTICULES INORGANIQUES
Barthélémy Brunier
([email protected])
Doctorant 3èmee année – ANR PickEP
Encadrants : Nida Sheibat-Othman ([email protected]), Elodie Bourgeat-Lami
([email protected]), Yves Chevalier ([email protected]).
Résumé
La modélisation et la commande des procédés de polymérisation sont indispensables pour la production
d’un polymère avec les propriétés désirées et la maximisation du taux de production tout en assurant la
sécurité du procédé et la protection de l’environnement. Le continuel développement des nouveaux
polymères et procédés qui répondent aux exigences de qualité et à la concurrence économique requiert la
proposition de nouveaux modèles et lois de commandes adéquates.
Les stabilisations Pickering ont récemment émergé comme une nouvelle méthode pour créer des
particules nanocomposite colloïdales par adsorption des particules solides aux interfaces solide-liquide.
L'élaboration de latex composites permet de combiner les attributs de solides inorganiques avec les
avantages de traitement et de manutention de polymères organiques qui permet par exemple d'améliorer
les propriétés mécaniques et résistance à l'eau des films. Favoriser l'adsorption de particules de silice à la
surface des particules de latex de polystyrène pour assurer la formation de suspensions colloïdales stables
de latex composites.
Jusqu'à présent, il n'y a pas d'études de modélisation consacrés aux systèmes polymérisation en émulsion
de Pickering, y compris. Cependant, il existe des différences fondamentales entre classique et
polymérisation en émulsion de Pickering. Tout d'abord, la stabilisation de la polymérisation de Pickering
a lieu principalement par les répulsions stériques entre les particules solides adsorbées. Former le tard
une barrière mécanique rigide qui empêche les latex polymère de coalescence. Deuxièmement, le
mécanisme de nucléation est différent car il n'y a pas de micelles et il ne peut pas être décrit par des
modèles habituels de nucléation homogène depuis la nucléation ne dépend pas de la concentration des
particules inorganiques. Enfin, la présence de particules inorganiques sur la surface de particules de latex
affecte radical absorption et de désorption qui affecte la croissance des particules. Par conséquent, le
processus PickEP mérite modélisation spécifique.
L'objectif est donc de développer une méthodologie pour la modélisation fondamentale de processus de
polymérisation en émulsion sans tensioactif, stabilisées par des particules minérales, appelées
«polymérisation en émulsion Pickering". Le modèle doit être capable de décrire la cinétique de réaction
dans les différentes phases, le transfert de masse entre les phases (ex. radicaux) et l'évolution de la
distribution de taille de particule (DSP), qui est une utilisation finale importante propriété du latex. Le
modèle recherché sera basé sur les différents sous-modèles fondamentaux représente la nucléation des
particules, la croissance, la coagulation, le partitionnement des particules inorganiques et la cinétique de
réaction. Sous-modèles sont des pièces autonomes qui sont identifiés individuellement et validé
expérimentalement représentant un mécanisme élémentaire. Le modèle obtenu sera d'améliorer le
processus compréhension et utilisé dans des stratégies de contrôle en vue d'améliorer la qualité des
produits, principalement pour augmenter la teneur en solides du latex à usage industriel.
Mots clés : Modélisation, Polymérisation, Pickering, Nucléation, Croissance.
Références
[1] Bourgeat-Lami E, Rodrigues Guimaraes T, Cenacchi-Pereira AM, Alves GM, Moreira JC, Putaux J-L, Martins
Dos Santos A. Macromol Rapid Commun 31, 1874‐1880 (2010a).
[2] Bourgeat-Lami E, Sheibat-Othman N, Martins Dos Santos A. In Polymer Nanocomposites by Emulsion and
Suspension, V. Mittal (Ed.), The Royal Society of Chemistry, UK, Chap.13. pp. 269- 311 (2010b).
[3] Sheibat-Othman N, Bourgeat-Lami E. Langmuir 25, 10121–10133 (2009).
[4] Sheibat-Othman N, Cenacchi-Pereira A-M, Martins dos Santos A, Bourgeat-Lami E., J Polym Sci Part A:
Polym Chem 49, 4771-4784 (2011).
Optimisation hydraulique et thermique d’un réacteur
catalytique modulaire pour l’hydrogénation du CO2 en
méthane pouvant répondre à une flexibilité du débit de gaz
réactif entrant
Rasmey TRY
([email protected])
Doctorant 1ème année - Financement : Contrat CTBU (CEA Grenoble)
Directeur de thèse : Christian JALLUT ([email protected])
Encadrant : Alain BENGAOUER ([email protected]),
([email protected])
Pierre
BAURENS
Résumé
La production électrique issue des énergies renouvelables est intermittente et de nombreuses
problématiques sont liées au stockage de l’énergie électrique. La solution proposée dans les
technologies dites « Power-to-Gas » consiste à stocker l’énergie sur un vecteur chimique, ici le
méthane. Le méthane est un vecteur hydrocarboné versatile répondant à de nombreux besoin
(énergie, transport, chimie) et à l’avantage de bénéficier d’un grand réseau de distribution spatial et
temporel.
Cette thèse propose de concevoir un réacteur-échangeur modulaire à lit fixe de méthanation. La
réaction mise en jeu est la réduction du CO2 par du dihydrogène provenant de l’électrolyse de
l’eau. L’électrolyse est effectuée en utilisant le surplus d’énergie électrique provenant des énergies
renouvelables. Ainsi, le réacteur doit pouvoir être flexible vis-à-vis d’une variation de charge en
entrée.
A l’échelle d’un module, le réacteur contient des canaux de section rectangulaire disposés sur
plusieurs nappes. Entre chaque nappe, des canaux caloporteurs disposés en courant croisé sont
utilisés pour le refroidissement. La modélisation multi-physique thermique-fluidique-chimique des
canaux est effectué afin d’observer le comportement du réacteur, les points de fonctionnement et la
stratégie de refroidissement. A l’échelle du réacteur modulaire, plusieurs modules sont assemblés
et une stratégie de pilotage pourra être définie.
Les retombées de ce travail de thèse vont aussi au-delà de la filière Power-to-Gas puisque les
réacteurs-échangeurs catalytiques peuvent répondre à de nombreux besoins dans différents
domaines de l’énergie et de la chimie.
Mots clés :
Réacteur-échangeur, modulaire, Power-to-Gas, méthanation
Références
[1] R.B. Bird, W. E. Stewart, Transport Phenomena Revised second edition (2007)
[2] D. W. Green, R. H. Perry, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 8th edition (2007)
[3] Kolb, Gunther. “Review: Microstructured Reactors for Distributed and Renewable
Production of Fuels and Electrical Energy.” Chemical Engineering and Processing: Process
Intensification 65 (March 2013)
Elaboration of sponge like biodegradable cationic particles
via double emulsion solvent evaporation for cosmetictextile application
Nadiah Zafar
( [email protected])
Doctorante 2ème année - Financement : Bourse Pakistan
Encadrant : Hatem Fessi, Abdelhamid Elaissari
Résumé
Researchers work on different optimization methods to come up with preparations which show
the desired or targeted outcomes. Moreover, nowadays research is more focused on developing
formulations which contain biodegradable polymers. The objective of present systematic study
was to achieve the above mentioned goals by the use of cationic polymer Eudragit RS100.
Double emulsion-diffusion solvent evaporation technique was used. This methodology was
selected due to the fact that particles formed by this method find applications in diverse fields of
food, cosmetics and pharmaceutical industries. The influence of various process control
parameters, such as polymer amount, ultrasound time, ultra turrax stirring speed, on the
morphology and size of particles was investigated. The prepared particles were characterized by
Scanning Electron Microscopy, Laser Diffraction Particle Size Analyzer and Zetasizer. This
systematic study helped us to fix the process control parameters and obtain an optimized
experimental recipe for the future encapsulation of active agents.
SKIN PENETRATION OF IONS
Raphael Paweloszek
([email protected])
Doctorant 3ème année - Financement : bourse ministérielle
Stéphanie Briançon, Yves Chevalier, Jocelyne Pelletier, Marie-Alexandrine Bolzinger
Résumé
Though it was early thought that ionic species could not penetrate the skin because they were quite
hydrophilic, it is now clearly established that there are several penetration paths for ions through
skin [1]. The barrier to skin penetration is the stratum corneum consisting of corneocytes imbedded
in a continuous lipid matrix. Therefore ions penetration could depend on their
hydrophilic/hydrophobic properties described by the Hofmeister series [2]. The purpose of the
study was to sort skin penetration of anions with respect to their properties and to assess the paths
and the mechanisms of ion penetration.
Penetration of ionic species through skin was first investigated by measurements of their
permeation through full thickness excised skin by passive diffusion. The distribution of ions stored
in the different skin layers, stratum corneum, viable epidermis and dermis was determined. Along
the halides series, the most hydrophobic iodide penetrated the most. The order following the
Hofmeister series: I- > Br- > Cl- > F-. The storage of anions in the stratum corneum followed the
same order.
The penetration of mixed anions was complex since the presence of a hydrophobic anion promoted
the penetration of its more hydrophilic partner. It appeared that hydrophobic anions acted as
penetration enhancers for hydrophilic anions. Experiments were performed in order to identify the
diffusion path, either through corneocytes or through the lipid matrix, involved in such a
synergistic effect.
Active penetration by ion channels and ion pumps supplement the passive diffusion. Experiments
were designed to discriminate active and passive diffusion, either by comparison of fresh viable
skin and non-viable skin after freezing, or by blocking the ion transporters present in the top viable
epidermis (stratum granulosum) with inhibitors.
Mots clés :
Skin penetration, halide ions, Hofmeister series
Références
[1] Mitragotri, S. Modeling skin permeability to hydrophilic and hydrophobic solutes based on
four permeation pathways. J. Control. Release., 2003, 86, 69-92.
[2] Bolzinger M.A. et al. Skin contamination by radiopharmaceuticals and decontamination
strategies, Int. J. Pharm., 2010, 402 (1-2), 44-49.
A NEW METHOD FOR MEASURING THE STABILITY
OF EMULSION POLYMER PARTICLES USING
TURBIDITY MEASUREMENTS
Ana Carolina MENDEZ ECOSCIA
([email protected])
Doctorante 2ème année - Financement : ANR Scale-up
(C2P2-UMR 5265 / LAGEP UMR 5007)
Timothy McKenna ([email protected] ), Nida Othman ([email protected])
Résumé
Stability of latex particles is a key issue in many emulsion systems, whether it is during the
reaction or during post-polymerization treatments. While information on the coagulation of
certain well-known polymer/surfactant systems is available, to the best of our knowledge there is
a lack of information about the coagulation of PVDF latexes stabilized by fluoro-surfactants.
For this reason, we investigated the stability of PVDF latex using turbidity measurements on a
TurbiscanTM LAB. Typically, the characterization of the colloidal stability are performed using
light scattering techniques based on single diffusion model, and the range of operability of this
equipment requires dispersion diluted at minimum 1000 times. In this work, we employed a
multiple light scattering technique which can be used to study more concentrated dispersions,
and so allow us to understand how coagulation takes place in more realistic systems.
Coalescence of the latex particles at different volume fraction was provoked by the addition of
an aliquot of a concentrated solution of monovalent electrolyte (NaCl). The backscattering
spectra obtain using a Turbiscan Off-line turbidimeter was used to follow the coagulation and to
identify the critical coagulation concentration (CCC) of the system under investigation.
Additional tests with other systems were also performed. The experimental stability data
collected may be used to model the electrostatic stability of the system.
Mots clés :
Latex, Coagulation, Electrostatic stabilization, Turbidity, Multiple Light Scattering.
Références
[1]O. Mengual, G. Meunier, I. Cayré, K. Puech, and P. Snabre, “TURBISCAN MA 2000:
multiple light scattering measurement for concentrated emulsion and suspension instability
analysis,” Talanta, vol. 50, no. 2, pp. 445–456, Sep. 1999.
[2]M. Fortuny, C. Graillat, and T. F. McKenna, “Coagulation of Anionically Stabilized Polymer
Particles,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 43, no. 23, pp. 7210–7219, Nov. 2004.
[3]M. S. Romero-Cano, A. Martin-Rodriguez, G. Chauveteau, and F. J. de las Nieves, “Colloidal
Stabilization of Polystyrene Particles by Adsorption of Nonionic Surfactant: II. Electrosteric
Stability Studies,” J. Colloid Interface Sci., vol. 198, no. 2, pp. 273–281, Feb. 1998.
Amélioration des performances sur la réduction des
émissions de gaz à effet de serre et de la teneur en
hydrocarbures des effluents rejetés au Congo
Bob Cherubin Emerson MOMBO
([email protected])
Doctorant 1ère année - Financement : gouvernement français (bourse de la coopération
française) + Laboratoire d’analyse-Formation-Recherche et Assistance (AFRA)
LAGEP (France)et Laboratoire de génie des procédés industriels chaire unesco,Congo
Encadrant 1 : Koffi FIATY ([email protected]), Encadrant
NZIKOU ([email protected])
2 : Jean Mathurin
Résumé :
De nos jours l’élévation de la température de la basse atmosphère liée au rejet de gaz issus de
l’activité industrielle qui emprisonnent la chaleur du soleil , ajouté à cela l’action des
hydrocarbures en suspension présents dans les eaux à l’état libre ou faiblement émulsionnés à
l’image des eaux pluviales et aussi de ces hydrocarbures que l’on trouvent à l’état d’émulsion ,
comme les eaux de production et procédé , relèvent une grande interrogation pour l’impact
environnemental en particulier à Pointe-Noire (Congo).
C’est dans ce souci, que les travaux de cette thèse visent à mettre en place un procédé de
traitement d’effluents rejetés. Pour cela une conduite optimisée des gaz de rejets est envisagée et
un traitement au préalable des effluents constitués de plusieurs phases successives sera mis en
œuvre, y compris l’élaboration d’une méthode permettant de stimuler l’activité des bactéries se
nourrissant de façon naturelle de ces hydrocarbures, en les soumettant en culture dans un
laboratoire. Tout ceci vise à améliorer les teneurs en effluent de 40 à 25ppm selon les
recommandations les plus récentes (31 Décembre 2006) sous la juridiction des états signataires
de la convention « OSPAR » dans le but d’avoir des mesures propres par respect pour
l’environnement.
Mots clés :
Amélioration, performance, effet de serre, hydrocarbure, effluents.
Références
- N. SOLTYS, Procédés de traitement des COV, Technique de l’ingénieur J-3928 (1998) 3-5.
- T. Merle, J-S.Pic, M-H. Manero, H.Debelle Fontaine. Comparison of activated carbon and hydrophobic
zeolite efficiencies in 2,4-dichlorophenol advanced ozonation. Ozone, Science and Engineering 32-6
(2010) 391-398
Intensified photocatalytic degradation of
methylnaphthalene by Pickering emulsion of TiO2
nanoparticles
Nidhal FESSI
([email protected])
Doctorant première année
(L’Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELyon) et UR/Catalyse
et Matériaux pour l’Environnement et les Procédés (URCMEP))
Encadrant : Yves CHEVALIER ([email protected]), Encadrant : Ammar HOUAS
([email protected])
Résumé
Pickering emulsion could be a new way for the enhancement of the photocatalysis process
efficiency, in particular when applied to degrade non-soluble organic pollutants.
To validate this idea, Pickering emulsions were prepared by using methylnaphtalene as a model
organic contaminant of low solubility in water and pure TiO2 as stabilizer.
XRD, BET, SEM, and DRS were used to characterize the fine solid particles of TiO2. Electrical
conductivity, light scattering and optical microscopy were used to characterize emulsions. We
focused to prepare emulsions of small drop size by varying the weight fraction of solid particles.
The as-prepared emulsions were photocatalytically degraded under UV radiation. The removal
rate of methylnaphtalene was measured by HPLC.
The results proved that use of a Pickering emulsion stabilized by TiO2 nanoparticles provides an
effective and novel way to intensify the photocatalytic degradation of the organic contaminant.
Caractérisation hydro-thermique d’un réacteur industriel –
vers un procédé plus performant
Alexis Zenner
([email protected])
Doctorant 1ère année - Financement : Cifre (Partenariat avec ADISSEO)
Encadrant: David EDOUARD ([email protected])
Co-encadrant: Fiaty KOFFE ([email protected])
Résumé
Le choix du design du support catalytique d’un réacteur lit fixe est une partie essentielle de
l’optimisation d’un procédé industriel. La thermicité d’une réaction catalytique peut créer des
gradients de températures importants et également générer des points chauds [1]. Au-delà du risque
d’emballement de la réaction, un mauvais contrôle de la température de lit entraîne une diminution
de la sélectivité et de la productivité du procédé [1,2].
Dans le cadre de cette thèse, nous allons nous intéresser à l’étude de supports catalytiques de
natures et de morphologies différentes, le but étant d'optimiser la valeur des paramètres effectifs
du lit [3,4] dans les conditions de fonctionnement de réacteurs industriels exploités par ADISSEO.
Ces paramètres ne sont pas directement mesurables [5], par conséquent le montage au laboratoire
d'un pilote ("mimant" aux mieux le réacteur industriel) et la modélisation associée s'avèrent
indispensables pour l'estimation de ces paramètres. A terme, le design d’un catalyseur adapté aux
procédés industriels d’ADISSEO pourra être proposé grâce à l’identification des paramètres
principaux régissant le transfert de chaleur dans le lit catalytique.
Mots clés :
Génie des procédés, conductivité thermique, transfert de chaleur, lit fixe, design de catalyseur
Références
[1] C. Naccache, Techniques de l’ingénieur j1255 (2005) 1-16.
[2] E. Tronconi, G. Groppi, T. Boger, A. Heibel, Chemical Engineering Science 59 (2004) 49414949.
[3] D. Edouard, T.T. Huu, C.P. Huu, F. Luck, D. Schweich, International Journal of Heat and
Mass Transfer 53 (2010) 3807-3816
[4] X. Zhu, X. Lu, X. Liu, D. Hildebrandt, D. Glasser, Chemical Engineering Journal 247 (2014)
75-84.
[5]R. Philippe, M. Lacroix, L. Dreibine, C. Pham-Huu, D. Edouard, S. Savin, F. Luck,
D.Schweich, Catalysis Today 147S (2009) S305-S312