Recyclage des plastiques : Mise au point d'un suivi analytique in situ pour le monitoring d'un procédé de cristallisation
Expérimentation Procédés


Type de contrat
Stage
Début
Entre février et avril 2022
Durée
de 4 à 6 mois
Région
Auvergne et Rhône-Alpes
Indemn / Rém
Oui

ref R152-2022-1

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.


Les Directions "Conception, Modélisation des Procédés" et "Expérimentation Procédés" visent à développer et améliorer les technologies pour le raffinage, le traitement du gaz, la conversion de la biomasse et la production d'énergie, optimiser le fonctionnement, la conception et la mise au point des équipements ainsi que l'exploitation des unités pilotes.
Les compétences scientifiques associées sont les études, l'optimisation et la simulation des procédés industriels, les unités pilotes, la génie chimique et hydrodynamique des réacteurs catalytiques, la génie thermique et la génie catalytique.

Offre de stage

Recyclage des plastiques : Mise au point d’un suivi analytique in situ pour le monitoring d’un procédé de cristallisation

Contexte du projet

La production de matières plastiques ou polymères, en forte croissance depuis plusieurs décennies, représentait en 2017 350 millions de tonnes à l’échelle mondiale. En Europe, la consommation de plastiques représente environ 100 kg/an par habitant. Dans le cadre du stage, nous nous intéresserons au PET (polyethylene terephtalate), pour lequel le développement de procédés de recyclage chimique est un enjeu majeur pour la réduction des déchets, pour augmenter et diversifier les ressources pour la production de PET recyclé, et ainsi réduire le recours aux produits pétroliers pour la production de ce polymère.

Le recyclage chimique du PET comporte une première étape de dépolymérisation, permettant de revenir au monomère valorisable, en mélange avec un grand nombre d’impuretés provenant des matières plastiques initiales (catalyseur homogène, plastifiants, colorants, etc.). Ainsi il comporte également une étape de purification pour revenir au monomère vierge. Les procédés de cristallisation constituent une voie prometteuse pour permettre d’isoler et purifier les monomères d’intérêt. Afin d'accompagner le développement de cette étape du recyclage chimique du PET, il devient crucial de progresser dans la description en ligne des différents constituants et de leur impact sur la cristallisation. Les techniques spectroscopiques apparaissent comme des candidates idéales car elles sont rapides, non destructives, sensibles aux propriétés chimiques et parfois physiques, et elles sont facilement implémentables en ligne. Les spectroscopies Raman, infrarouge et proche infrarouge seront évaluées car jugées complémentaires pour cette étude.

Description du projet

L’objectif de ce stage est de déterminer quelle méthode spectrale serait la plus pertinente parmi le PIR, l’IR-ATR et le Raman pour suivre in situ un procédé de cristallisation à l’échelle du laboratoire.

Ainsi ces analyses seront implémentées dans un réacteur dans lequel des essais de cristallisations seront réalisés de manière à suivre le déroulement de la cristallisation. Plus précisément, on cherchera à déterminer la composition du milieu réactionnel au cours du temps, et à évaluer l’impact d’impuretés connues sur la fréquence de germination et les cinétiques de croissances des cristaux.

En parallèle les produits seront analysés en laboratoire par HPLC-UV/MS (quantification des monomères et impuretés organiques), ICP (analyse élémentaire), spectroscopie UV-visible, colorimétrie, microscopie optique et granulométrie laser (taille et morphologie des cristaux). Ces analyses, dites de référence, permettront d’utiliser des méthodes d’analyses multivariées pour développer les modèles de prédiction à partir des spectres mesurés.

Le stage se composera donc d’une étude bibliographique sur le suivi in situ de procédé de cristallisation, et d’un volet expérimental pour la réalisation des essais et des mesures spectrales. L’étudiant prendra en charge le traitement des données spectrales et la capitalisation des analyses et essais faits au laboratoire.