Combustion du biogaz : étude de l'impact des contaminants // Biogas Combustion: Studying the Impact of Contaminants

Augmenter la part du biogaz, source d'énergie renouvelable et contrôlable, dans le mix énergétique est un objectif important à l'échelle mondiale. Bien qu'il soit principalement composé de méthane et de CO2, il contient également des traces de contaminants/impuretés (soufrés, siloxanes, halocarbures, ammoniac et aromatiques) qui nuisent aux systèmes de conversion et induisent la formation de polluants toxiques. Le biogaz peut aussi être utilisé en mélange avec d'autres biocarburants pour une meilleure efficacité. Comprendre et maitriser les mécanismes de combustion et de formation des polluants est une condition indispensable à l'utilisation du biogaz comme énergie alternative, propre et sûre, afin de promouvoir leur utilisation. Dans ce contexte, ce projet de thèse vise, pour la première fois, à contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes physico-chimiques impliqués dans la combustion du biogaz (seul et en mélange avec d'autres biocarburants) et dans la formation de polluants en prenant en compte l'impact des contaminants.
La réalisation de ce projet de recherche s'appuiera sur les compétences du laboratoire d'accueil qui sont reconnues au niveau international dans le domaine. La haute sensibilité des dispositifs expérimentaux du laboratoire sera mise à profit pour l'analyse des espèces chimiques clés impliquées dans la combustion du biogaz. Le laboratoire PC2A (https://pc2a.univ-lille.fr/) dispose de bancs expérimentaux de flammes prémélangées de haute technicité permettant de réaliser les travaux envisagés dans le cadre de ce projet. Le laboratoire a réalisé de nombreux développements analytiques, notamment la mise en œuvre d'une méthode de Gas Chromatography couplée avec un Sample Preconcentration Trap qui offre l'opportunité de pouvoir analyser des composés chimiques présents en très faible concentration (au niveau du ppb). L'obtention de cette base de données détaillées, associée au développement d'un modèle cinétique représentatif, permettra une analyse fine des voies réactionnelles gérant la combustion du biogaz (seul et en mélange avec d'autres biocarburants) avec prenant en compte l'impact des contaminants, permettant ainsi une amélioration de la conception des réacteurs utilisant ce combustible, les rendant plus propres et plus performants.
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Increasing the share of biogas, a renewable and controllable energy source, in the energy mix is an important global objective. Although it is primarily composed of methane and CO2, it also contains traces of contaminants/impurities (sulfur, siloxanes, halocarbons, ammonia, and aromatics) that harm conversion systems and induce the formation of toxic pollutants. Biogas can also be used in neat form or in blends with other biofuels for greater efficiency. Understanding and controlling the combustion mechanisms and pollutant formation are essential for using biogas as a clean and safe alternative energy source, and thus promoting its use. In this context, this thesis project aims, for the first time, to contribute to a better understanding of the physicochemical phenomena involved in biogas combustion (alone and in a mixture with other biofuels) and in the formation of pollutants, considering the impact of contaminants.
This research project will draw on the internationally recognized expertise of the host laboratory. The highly sensitive experimental facilities of the laboratory will be used to analyze the key chemical species involved in biogas combustion. The PC2A laboratory (https://pc2a.univ-lille.fr/) has advanced premixed flame experimental benches that allow the work envisaged in this project to be carried out. The laboratory has made numerous analytical developments, including the implementation of a gas chromatography method coupled with a Sample Preconcentration Trap, which provides the opportunity to analyze chemical compounds present in very low concentrations (at the ppb level). Obtaining this detailed database, combined with the development of a representative kinetic model, will enable a detailed analysis of the reaction pathways managing biogas combustion (alone and in a mixture with other biofuels), taking into account the impact of contaminants, thus improving the design of reactors using this fuel, making them cleaner and more efficient.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://pc2a.univ-lille.fr/

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

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

Prérequis : Diplôme de Master ou Ecole d'ingénieur dans le domaine de la chimie, chimie-physique, et une forte aspiration à réaliser un travail expérimental sont nécessaires. Les compétences dans le domaine de la combustion et de la cinétique chimique seront appréciées. L'anglais fluide et la capacité de travailler en équipe sont attendus.
Prerequisites: A Master's degree or engineering degree in chemistry or physical chemistry, and a strong desire to conduct experimental work are required. Skills in combustion and chemical kinetics will be appreciated. Fluent English and the ability to work in a team are expected.