Thèse Pyrophyl - Pyrolyse de Plastiques en Hydrogène pour l'Efuel Conception et Optimisation d'Une Unité Pilote de Production d'Hydrogène par Pyrolyse de Déchets H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Reims Champagne - Ardenne École doctorale : MPSNI - Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur Laboratoire de recherche : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux Direction de la thèse : Jaona RANDRIANALISOA Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 Produire de l'hydrogène industriel repose aujourd'hui à plus de 95 % sur le gaz naturel (« hydrogène gris »), émettant environ 9 à 10 kg de CO2 par kg d'H2. En parallèle, plus de 27 Mt de déchets plastiques sont générés chaque année en Europe, encore largement enfouis ou incinérés alors qu'ils constituent une ressource carbone. Red Clay Bio Food développe des procédés de pyrolyse pour transformer ces déchets en hydrogène décarboné, destiné à l'hydrotraitement des huiles de pyrolyse de pneus usagés : une boucle doublement vertueuse qui valorise deux gisements de déchets en carburants de qualité, sans recourir à l'énergie fossile.
La voie privilégiée associe une pyrolyse à un reformage catalytique, à partir d'un mélange complexe d'hydrocarbures, sur catalyseurs Ni/Al2O3 [1,2]. Le verrou consiste à maîtriser le couplage entre transferts de chaleur et de masse, cinétiques de dégradation thermique et réactions de reformage, et préservation de l'activité catalytique, ainsi que l'optimisation des rendements et l'intensification du procédé couplé, autant de phénomènes qui appellent une modélisation prédictive pour passer de l'échelle de laboratoire à l'échelle industrielle [3-5].
PyroPHyL vise à modéliser et optimiser la production d'hydrogène par pyrolyse de déchets plastiques couplée à un reformage catalytique, afin d'établir les lois de pilotage du futur réacteur industriel de Red Clay Bio Food.

Les travaux sont organisés en trois axes mêlant étroitement simulation et expérimentation :
Axe 1 (mois 1 à 12) : Modélisation multiphysique sous ASPEN Plus. Modèle couplant bilans de matières, transferts de chaleur et de masse, écoulement, cinétiques chimiques (pyrolyse et réactions de reformage), intégrant la dégradation de l'activité catalytique et la distribution des produits (H2, CO, CO2, CH4) [1,4].
Axe 2 (mois 13 à 24) : Validation expérimentale. Caractérisation des intrants et des produits (ATG/ATD/DSC, surface BET, analyse élémentaire, GC-MS, DRX, MEB-EDX), conception d'un banc d'essais de validation et confrontation systématique du modèle aux mesures.
Axe 3 (mois 25 à 36) : Optimisation & dimensionnement. Outil prédictif reliant paramètres opératoires et performances (rendement, pureté, coût énergétique avec ASPEN Plus® et SuperPro Designer®, et empreinte carbone avec SimaPro®), optimisation multi-objectifs et dimensionnement du démonstrateur industriel.

Les travaux seront principalement réalisés au sein de l'iTheMM, spécialisé dans les domaines de la mécanique, la thermique et l'énergétique, et les sciences des matériaux. Il dispose d'un accès aux moyens d'analyses et de caractérisation (ATG/ATD/DSC, Surface BET, analyse élémentaire, GC-MS, DRX, MEB-EDX, etc.), regroupés au sein de la plateforme URCATECH. L'équipe du Pr. Randrianalisoa est spécialisée dans la modélisation multiphysique et la caractérisation thermophysique multi-échelle [5], la pyrolyse [4,6] couplée au reformage catalytique [7,8], ainsi que leurs applications à la valorisation de déchets plastiques en hydrogène [6,9,10], compétences au coeur du sujet. Red Clay Bio Food apporte l'ancrage applicatif, les données industrielles et la perspective de déploiement, le financement de la réalisation du banc d'essais, avec un encadrement orienté résultats.

Profil et compétences recherchés :
Diplôme d'ingénieur ou Master 2 (Bac +5) en sciences de l'ingénieur, énergétique, génie des procédés, procédés thermochimiques ou génie chimique. Compétences attendues :
- Solides bases en transferts de chaleur et de masse, thermodynamique et cinétique chimique.
- Modélisation et simulation de procédés thermochimiques (bilans d'énergie et de matières, cinétiques, réacteurs) via ASPEN Plus® ou équivalent ; programmation scientifique (Python, MATLAB).
- Notions en catalyse hétérogène et goût marqué pour le travail expérimental (instrumentation, campagnes d'essais).
- Bonne communication scientifique en français et en anglais.

Atouts appréciés : caractérisation de matériaux (DRX, MEB, ATG/DSC)analyse de gaz (GC-MS), modélisation avec les logiciels Aspen Plus®, SuperPro Designer® et/ou SimaPro®, connaissance des procédés de pyrolyse/reformage, science des données..