Séparation de gaz par adsorption: études expérimentales et théoriques

La séparation est un processus incontournable dans la plupart des industries gazières, notamment dans le but d’améliorer le rendement et l’efficacité énergétique. Les techniques traditionnellement utilisées, dans cette optique, telles que la distillation ou l’évaporation sont très énergivores, et par conséquent, représentent d’importantes sources d’émission de gaz à effet de serre.

Richard Chahine, directeur de recherche, Follivi Kloutse Ayevide, Pierre Bénard, codirecteur de recherche, Adam Duong, président du jury, Jacques Huot, évaluateur externe et à l’écran, Pascal Tessier, évaluateur externe.

Cette étude porte sur l’adsorption, une technique de séparation de gaz, moins énergivore et flexible, notamment grâce à la possibilité d’utiliser des matériaux sur mesure permettant d’atteindre des capacités de séparation très élevées. Le principal handicap à l’utilisation généralisée de l’adsorption, en tant que technique de séparation, réside dans le manque de connaissance approfondie des mécanismes mis en jeu. L’objectif de cette thèse est, dans un premier temps, de présenter des données expérimentales de référence sur l’adsorption des mélanges gazeux binaires, ternaires et quaternaires constitués du dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4), du protoxyde d’azote (N2O), d’hydrogène (H2) et d’azote (N2) sur deux composés organométalliques MOF (Metal-Organic Framework) : le MOF-5 et le CuBTC.

Ces mesures ont été réalisées dans différentes conditions de pression et de composition, grâce à deux techniques de pointe : la méthode d’échange d’isotopes (IET, pour Isotope Exchange Technique) et la méthode volumétrique prédictive. Ensuite, une étude systématique des modèles d’adsorption de mélanges gazeux (Langmuir, Toth, Van der Waals et IAST) a été réalisée. Plus encore, une attention particulière a été accordée à l’étude des phénomènes d’azéotropie dans les différents mélanges étudiés. L’observation de ces derniers dans les mélanges ternaires et quaternaires montre une intensification de la compétitivité moléculaire dans les systèmes d’adsorption mis en jeu.

Thèse de doctorat en sciences de l’énergie et des matériaux soutenue le 15 avril 2019

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