Séquestration du CO2 dans les hydrates de clathrate : Cinétique de formation et stabilité en environnements salins // CO2 Sequestration in Clathrate Hydrates: Formation Kinetics and Stability in Saline Environments

Les hydrates de clathrate sont des composés d'inclusion cristallins qui se forment lorsque l'eau se solidifie en présence de gaz dans des conditions appropriées de basse température et de haute pression. L'étude de ces structures inclue une large variété d'applications allant de la lutte contre le changement climatique à la compréhension des processus planétaires. Les hydrates présentent un intérêt particulier en raison de leur double rôle potentiel : d'une part, ils peuvent contribuer aux émissions de gaz à effet de serre, et d'autre part, ils offrent une solution comme mécanisme de stockage du dioxyde de carbone issu des processus industriels. La séquestration directe du CO2 dans les sédiments marins offre une approche prometteuse pour stocker le dioxyde de carbone de manière sécurisée. Cependant, le comportement de phase des hydrates dans des systèmes complexes, incluant des sels dissous et d'autres gaz, ainsi que leurs effets sur le stockage du CO2, restent encore mal compris.
Ce projet vise à étudier la cinétique de formation et la stabilité des hydrates mixtes CO2-N2 dans des environnements salins, en mettant l'accent sur leur potentiel pour une séquestration efficace du CO2. L'étude surveillera via spectroscopie Raman la formation des hydrates et le piégeage du CO2 en fonction de la température, de la pression et de la solubilité du CO2. Le rôle des sels dissous (par exemple, NaCl, CaCl2) sera examiné afin de comprendre leur impact sur la stabilité des hydrates et la sélectivité moléculaire. Les effets des matériaux poreux, imitant les sédiments marins, seront également étudiés pour évaluer comment la composition et la porosité influencent l'efficacité du piégeage du CO2 au sein des hydrates. De plus, les conditions de solubilité et d'équilibre (pression et température) des hydrates seront simulées à l'aide d'un modèle thermodynamique et validées par les données expérimentales. Ce sujet de recherche pourrait favoriser le développement de technologies de stockage du CO2 en milieu salin, à la fois plus efficaces et plus fiables, contribuant aux efforts d'atténuation du changement climatique.
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Clathrate hydrates, crystalline inclusion compounds that form when water solidifies in the presence of gases under appropriate low temperature and high pressure conditions, are intriguing compounds with diverse applications ranging from climate change mitigation to understanding planetary processes in our Solar System. Clathrate hydrates are of particular interest due to their potential as both a contributor to greenhouse gas emissions and as a possible storage mechanism for carbon dioxide captured from industrial processes. Direct CO2 sequestration in marine sediments offers a promising approach for securely storing CO2. However, the exact phase behavior of clathrate hydrates in complex systems including dissolved salts and other gases and their effects on CO2 storage still remain unclear.

This project aims to investigate the formation kinetics and stability of mixed CO2-N2 clathrate hydrates in saline environments, emphasizing their potential for efficient CO2 sequestration. Using Raman spectroscopy, the study will monitor hydrate formation and CO2 trapping as a function of temperature, pressure, and CO2 solubility. The role of dissolved salts (e.g., NaCl, CaCl2) will be examined to understand their impact on hydrate stability and molecular selectivity. Porous materials, mimicking marine sediments, will also be studied to evaluate how composition and porosity influence the efficiency of CO2 trapping within clathrate hydrates.

Additionally, solubility and equilibrium conditions (pressure and temperature) for clathrate hydrates will be simulated via a thermodynamic model and validated against experimental data. Addressing these research questions could ultimately enable the development of more efficient and robust CO2 storage technologies in saline environments, contributing to climate change mitigation efforts.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Qualifications requises : Bac+5 ou équivalent. Qualifications souhaitées : Maîtrise (M.Sc.) en physique, chimie-physique ou équivalent. Compétences et expérience : Excellente compréhension des principes fondamentaux de la spectroscopie. Connaissance de la modélisation numérique. Une expérience en laboratoire est un atout. Qualités personnelles : Forte motivation et soif d'apprendre. Prêt à relever des défis. Excellentes compétences en communication (anglais parlé et écrit).
Required Qualifications: Completed 5 years of higher education or equivalent. Preferred Qualifications: Master's degree (M.Sc.) in Physics, Chemical Physics, or equivalent. Skills and Experience: Strong understanding of spectroscopy fundamentals. Knowledge of numerical modeling. Laboratory experience is an asset. Personal Qualities: Highly motivated and eager to learn. Ready to tackle challenges. Strong communication skills (spoken and written English).