La P.S.D. en P.L.S.

L’Institut Mines-Télécom est le 1er groupe public de Grandes Écoles d’ingénieur.e.s et de management de France. Constitué de huit Grandes Écoles publiques et de deux écoles filiales, l’Institut Mines-Télécom anime et développe un riche écosystème d’écoles partenaires, de partenaires économiques, académiques et institutionnels, acteurs de la formation, de la recherche et du développement économique.

Mines Saint-Étienne, Ecole de l'Institut Mines-Télécom, est chargée de missions de formation, recherche, innovation, transfert industriel et culture scientifique. Avec 2 500 élèves, 500 personnels, et un budget de 50 M€, elle rayonne sur 3 campus dédiés à l’industrie des futurs, à la santé et au bien-être et à la souveraineté numérique et microélectronique. Elle est classée dans le top 15 des Ecoles d’ingénieurs Françaises et dans le Top 500 des Universités mondiales.

La stratégie 2023-2027 de Mines Saint-Etienne s’inscrit dans celle de l’Institut Mines Telecom. Elle a pour ambition :

• d’accompagner les transitions écologique, numérique, et générationnelle et d’en former les acteurs,
• de soutenir la souveraineté nationale et européenne en microélectronique et numérique.

Présentation du centre : Le centre SPIN développe son expertise dans le domaine du Génie des Procédés appliqués aux systèmes dispersés : grains, particules, gouttes, bulles, milieux poreux.

Pour accompagner cette stratégie, le centre SPIN propose un stage intitulé la P.S.D. en P.L.S. d’une durée de 6 mois.

Contexte scientifique :

Les réactions chimiques faisant intervenir une poudre et une phase gazeuse sont courantes dans de nombreuses industries telles que la pharmaceutique, la métallurgie, ou encore l’extraction minière. Ces réactions peuvent être soit voulues car essentielles à la fabrication d’un produit, soit arriver au détriment d’un procédé industriel. Dans les deux cas il est nécessaire de les étudier pour les comprendre, les modéliser et donc les prédire.

Ces réactions poudre / gaz faisant intervenir deux phases elles sont dites hétérogènes et leur étude cinétique nécessite de traiter cette spécificité. Le centre de recherche SPIN, de l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, a développé depuis plusieurs décennies une expertise internationalement reconnue en cinétique hétérogène et notamment en modélisation de ces réactions tout en prenant en considération l’aspect divisé de la matière solide mise en jeu.

En effet, il apparait évident que la surface de contact entre le matériau solide et la phase gazeuse joue un rôle primordial sur la cinétique d’une réaction hétérogène, d’autant plus que le solide est divisé. Ainsi la distribution granulométrique des grains de poudres (Particle Size Distribution, PSD en anglais) impliqués dans une réaction hétérogène est un paramètre essentiel dont il faut tenir compte pour modéliser une réaction poudre / gaz.

Cette distribution granulométrique est « facilement » accessible par granulométrie laser, cependant cette méthode de mesure fait intervenir une petite quantité de poudre, ce qui laisse en suspens la question de l’échantillonnage.

Le sujet de stage de Master 2 proposé ici a pour ambition d’étudier l’importance de la distribution granulométrique des grains de poudres sur la cinétique d’une réaction qui a déjà été modélisée de façon fiable dans la littérature, à savoir la déshydratation d’une poudre d’hydroxyde de magnésium :

Mg(OH)_{2 (s)} → MgO _(s) + H₂O _(g)

Méthodologie :

Le travail demandé au cours de ce stage sera avant tout expérimental.

Après une caractérisation rigoureuse de la poudre de Mg(OH)₂ permettant de connaître sa composition, sa cristallinité, sa géométrie et sa distribution granulométrique, cette poudre sera tamisée afin de préparer plusieurs lots de poudres de Mg(OH)₂ de granulométries contrôlées.

Dans un second temps, l’effet de la granulométrie sur la réaction de déshydratation du Mg(OH)₂ sera étudié par analyse thermogravimétrique (ATG) en conditions isotherme et isobare.

Enfin, un mélange de poudres ayant des granulométries différentes sera élaboré et étudié en double aveugle lors de déshydratations en conditions isotherme et isobare (ATG) afin d’étudier le rôle de l’échantillonage sur la prédictabilité de la cinétique de cette réaction.

• Le.la candidat·e recherché·e devra être inscrit·e en Master 2 à visée recherche ou équivalent dans le domaine de la science des matériaux ou encore en chimie minérale ou chimie inorganique.
• Des connaissances en cinétique chimique et/ou caractérisation des matériaux pulvérulents et/ou analyse thermique sont requises
• Un profil expérimental est attendu