Dynamique de capture du CO2 par des mousses aqueuses

Ce besoin est crucial dans le contexte du réchauffement climatique puisque même si nos émissions de CO2 devenaient nulles dès aujourd’hui, il sera vraisemblablement également nécessaire de capturer le CO2 de l’atmosphère pour tenter de juguler l’augmentation de température à la surface de la Terre. Comme le CO2 est présent dans l’atmosphère à des concentrations de l’ordre de 0,04%, les volumes d’air à filtrer sont gigantesques et il est nécessaire de développer des procédés de séparation peu énergivores et rapides. Parmi les différentes techniques utilisées, l’utilisation de membranes, qui forment une barrière perméable entre deux milieux à travers laquelle les différents composés gazeux sont filtrés en fonction de leur taille, de leur diffusivité ou de leur solubilité dans les membranes, est en pleine expansion. Cependant, ces membranes se colmatent facilement ce qui sont énormes. Pour contourner ces problèmes, il a été proposé d’utiliser des mousses aqueuses, constituées d’une myriade de films liquides agissant comme des membranes sélectives permettant de séparer le CO2 qui se solubilisent dans la phase liquide et l’air qui reste majoritairement dans les bulles. Le transfert est correctement compris à l’échelle d’un film, mais beaucoup moins à l’échelle des mousses à cause de la complexité géométrique de ces matériaux inhérente à l’organisation spatiale des films. En outre, plusieurs temps caractéristiques - de solubilisation, de vie des bulles ou de diffusion via les films - entrent en compétition. Pour avancer dans la compréhension de ce problème, nous proposons une étude de la dynamique de transfert de CO2 au sein d’une mousse. L’approche proposée sera à la fois expérimentale et théorique. Les expériences seront réalisées grâce à un montage existant au laboratoire permettant de mesurer comment le CO2 se répartit entre la phase liquide et le gaz. L’analyse théorique sera réalisée via des modèles de milieu effectif implémenté au LIPhy. La configuration envisagée est la suivante : on forme une colonne de mousse stationnaire en injectant continument un débit d’air dans un volume de liquide moussant préalablement dégazé. A un instant précis, on modifie la composition du gaz injectée en remplaçant l’air par du gaz chargé en CO2. Afin de déterminer le temps caractéristique pour arriver à un nouvel état stationnaire et comment le CO2 se répartit entre la phase liquide et gaz, plusieurs grandeurs seront suivies au cours du temps : la teneur en CO2 au-dessus de la colonne, la hauteur de mousse, la fraction volumique liquide le long de la colonne, la concentration en CO2 en phase liquide. Ces expériences seront réalisées pour différentes teneurs en gaz et différentes compositions de la solution moussante.

Le stagiaire d’un niveau M2 ou équivalent devra posséder de bonnes connaissances de thermodynamique et de matière molle ou mécanique des fluides. Un goût pour l’expérimentation et le développement instrumental est vivement souhaité. Le stage devra durer quatre mois au minimum, idéalement 6 mois et pourra se poursuivre en thèse. Le stagiaire bénéficiera d’une gratification de stage à hauteur de 550 euros environ par mois.