Offre de thèse en génie des procédés Développement d’un procédé sûR, intensifié et durablE pour la vAlorisation de la bioMasse lignocellulosique (DREAM)

L’urgence climatique nous oblige à repenser les divers modèles de la transition environnementale et de son socle techno-scientifique et industriel. L’utilisation de la biomasse et des énergies renouvelables pourra nous permettre d’effectuer cette transition. L’utilisation de la biomasse pour la production de produits chimiques à l’échelle industrielle existe déjà. Nous pouvons citer la production de bioéthanol à partir de la canne à sucre ou la production de biodiesel à partir d’huiles végétales. L’inconvénient de ces matières premières est la compétition avec le secteur alimentaire comme la crise des tortillas au Mexique due à une augmentation des prix du maïs aussi utilisé pour la production de bioéthanol en 2008. Ainsi, pour éviter des problèmes d’éthique alimentation versus carburant, la biomasse de deuxième génération, cad lignocellulosique, sera utilisée.

La valorisation de la biomasse lignocellulosique par des énergies renouvelables comme l’hydrogène vert pourra contribuer à rendre durable nos industries chimiques, et à participer au mix-énergétique. Toutefois, si ces matières premières sont plus « vertes » que leurs équivalents fossiles, il faut identifier la présence de risques « nouveaux » pour ces industries, les évaluer et les diminuer ou les éviter par de nouvelles méthodes. A l’échelle régionale, la filière biomasse est importante car elle cumule plus de 60 000 emplois. Le mix-énergétique déjà en place sur le territoire seinomarin et les projets portés par les acteurs politiques et industriels laissent entrevoir l’arrivée de l’hydrogène vert sur l’ensemble du territoire permettant ainsi de compléter ou de remplacer l’hydrogène « fossile » très utilisé dans les réactions de valorisation de la biomasse¹. La transformation des déchets agricoles et forestiers en produits chimiques, biocarburants ou en matériaux contribuerait activement à la création d’une filière totalement verte au sein du territoire.

Cette thèse sera liée au projet RIN Normand ARBRE (Sébastien LEVENEUR | Institut national des sciences appliquées de Rouen (insa-rouen.fr)), étudiant la valorisation de la biomasse normande à partir d’hydrogène vert provenant des éoliennes offshores.

Cette thèse sera aussi liée au projet de la métropole Rouen PROMETEE (Sébastien LEVENEUR | Institut national des sciences appliquées de Rouen (insa-rouen.fr)) qui a pour but de rendre possible la co-construction académie-industrie-politique-société civile afin d’intégrer le processus techno-industriel dans les demandes contemporaines sociopolitiques de gouvernance, de plus en plus participatives. Les objectifs de PROMETEE sont : de développer plusieurs voies de valorisation de la biomasse lignocellulosique, et de proposer et de mettre en œuvre une méthodologie pour évaluer l’intégrabilité technique et sociale de ces industries.

Cette thèse sera financée par la Région Normandie et la Métropole Rouennaise.

 

Cette thèse portera sur le développement d’un procédé industrialisable pour la production d’un monomère renouvelable à partir de la molécule plateforme gamma-valérolactone (GVL), issue de l’hydrolyse de la cellulose ou hémicellulose.² L’absence d’étude d’ingénierie pour sa production freine son exploitation commerciale. L’une des premières étape sera l’hydrolyse de la cellulose ou hémicellulose produite par le procédé de Réduction Catalytique Fractionnée (RCF). La deuxième étape sera une étape d’hydrogénation pour la production de GVL^3,4. A partir des données expérimentales, la meilleure option de procédés, en se basant sur une évaluation de la durabilité (évaluation économique, environnementale et des risques), sera sélectionnée. L’impact environnemental sera évalué en forte collaboration avec la Professeure Valeria Casson Moreno (Université de Bologne, Italie).

Les jalons de cette thèse sont :

-Hydrolyse la cellulose et hémicellulose du procédé RCF : test de différents catalyseurs et développement de modèles cinétiques ;

-Synthèse de monomères biosourcés à partir des produits de l’hydrolyse de la cellulose et hémicellulose : étude cinétique et analyse calorimétrique ;

-Effectuer une analyse de risque ainsi qu’une évaluation économique du procédé en forte collaboration avec Prof Casson Moreno.

Pour garantir le succès de la thèse doctorale, les collaborations régionales et internationales suivantes seront renforcées :

-Catalyse hétérogène : Prof. Grenman (Åbo Akademi, Finlande) et Prof. Maugé (LCS, Caen)

-Simulation des procédés : Prof. Errico (University of Southern Denmark)

-Sécurité des procédés : Prof. Valeria Casson-Moreno (Bologna university, Italie).

• -Diplôme de master (ou attestation provisoire) en génie des procédés ;
• -Expérience en travail expérimental et une solide connaissance en chimie analytique ;
• -Le candidat devra avoir des connaissances sur l’utilisation de logiciels en modélisation cinétique et/ou en simulation des procédés.
• -La personne recrutée devra parler couramment l’anglais, des connaissances en français seront appréciées ;
• -La personne recrutée pourrait faire une visite scientifique (de 3 à 6 mois) dans l’un des laboratoires citées au-dessus ;
• -Etant donné que ce projet sera lié au projet PROMETEE. La personne recrutée sera amenée à participer à quelques activités de sciences participatives.

Postuler :

 

Les candidats devront envoyer un CV détaillée, une lettre de motivation avec une description de leur sujet de master, leurs relevés de notes (Bachelor et Master), des lettres de recommandation, leurs diplômes de master et de bachelor, et éventuellement d’autres documents comme certificat de langues, distinctions…

Tous ces documents devront être envoyés avant le 7 mai 2022 à sebastien.leveneur@insa-rouen.fr

 

Evaluer :

 

L’INSA Rouen Normandie est labélisé par "HR Excellence in Research" par la commission européenne et doit suivre la procédure Human Resources Strategy for Researchers (HRS4R).

L’évaluation se fera en deux étapes. Les candidatures seront évaluées par un jury composé de 3 chercheurs (incluant Sébastien Leveneur).

Dans une première étape, le jury évaluera les candidatures en se basant sur les documents fournis. La sélection des candidatures pour la seconde étape (à savoir l’entretien oral) sera faite en se basant sur la qualité de la formation en génie des procédés et chimie (cours suivis et relevé de notes), l’expérience à l’international en recherche ou autres activités, les compétences linguistiques et essentiellement en anglais, la relation entre le sujet de master et la proposition de thèse, les publications scientifiques (article et/ou communication dans des congrès), les lettres de recommandation et la qualité du CV et de la lettre de motivation.

Les candidats sélectionnés pour la deuxième passeront un entretien oral. Cet entretien pourra se faire en visioconférence. Cet entretien durera environ 30 minutes par candidat, et les candidats devront se présenter (parcours et formation) et décrire leurs activités de recherche. L’évaluation se fera sur la qualité de la présentation, la qualité de la réponse aux questions et la motivation pour suivre cette thèse.

 

(1)      Rinaldi, R. Catalytic Hydrogenation for Biomass Valorization; Rinaldi, R., Ed.; Energy and Environment Series; Royal Society of Chemistry: Cambridge, 2015. https://doi.org/10.1039/9781782620099.

(2)      Di Menno Di Bucchianico, D.; Wang, Y.; Buvat, J.-C.; Pan, Y.; Casson Moreno, V.; Leveneur, S. Production of Levulinic Acid and Alkyl Levulinates: A Process Insight. Green Chem. 2022, 24 (2), 614–646. https://doi.org/10.1039/d1gc02457d.

(3)      Delgado, J.; Vasquez Salcedo, W. N.; Bronzetti, G.; Casson Moreno, V.; Mignot, M.; Legros, J.; Held, C.; Grénman, H.; Leveneur, S. Kinetic Model Assessment for the Synthesis of γ-Valerolactone from n-Butyl Levulinate and Levulinic Acid Hydrogenation over the Synergy Effect of Dual Catalysts Ru/C and Amberlite IR-120. Chem. Eng. J. 2022, 430, 133053. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133053.

(4)      Capecci, S.; Wang, Y.; Delgado, J.; Moreno, V. C.; Mignot, M.; Grénman, H.; Murzin, D. Y.; Leveneur, S. Bayesian Statistics to Elucidate the Kinetics of γ-Valerolactone from n-Butyl Levulinate Hydrogenation over Ru/C. Ind. Eng. Chem. Res. 2021, 60 (31), 11725–11736. https://doi.org/10.1021/ACS.IECR.1C02107.