Description :
INFORMATIONS GENERALES :

 Laboratoire de rattachement : Ingénierie des Matériaux Polymères IMP (UMR CNRS 5223)

 Laboratoire partenaire : Centre d’Energétique et de Thermique de Lyon CETHIL (UMR CNRS 5008)

 Encadrement : Matthieu Zinet (MCF UCBL), Claire Barrès (MCF HDR INSA), M’hamed Boutaous (MCF HDR INSA),
Shihe XIN (PR INSA)

 Ecole Doctorale : ED34 Matériaux de Lyon

 Lieu de travail : le/la doctorant(e) sera basé(e) au laboratoire IMP Site Lyon 1 (Campus LyonTech-la Doua, 69100 Villeurbanne) et sera également amené(e) à exercer dans les locaux des laboratoires partenaires du projet : IMP Site INSA, CETHIL et INSA campus d’Oyonnax (01)

 Durée : 36 mois, à partir d’octobre 2022

 Etablissement employeur : Université Claude Bernard Lyon 1

 Type de contrat : CDD de droit public

 Rémunération : 1957 € brut mensuels

 Origine du financement : subvention Région Auvergne-Rhône-Alpes

MOTS-CLES : thermoplastiques, recyclage, modélisation thermo-rhéologique, bilan énergétique

CONTEXTE :
La gestion des déchets plastiques est un défi majeur qui nécessite de nouvelles solutions, en particulier l’accroissement du taux de recyclage et le développement de débouchés locaux. En effet, des obstacles techniques et économiques limitent actuellement le tri de ces déchets. Il en résulte des flux mixtes (mélanges de thermoplastiques immiscibles), écartés des filières existantes de recyclage pour être orientés vers l’incinération ou l’enfouissement. Pour ce type de déchets, l’étape (énergivore) d’extrusion/granulation n’est pas pertinente, faute de marché pour leur transformation ultérieure. Une solution possible et originale consiste à envisager une voie de mise en œuvre directe à partir de broyats de ces thermoplastiques mélangés, au moyen d’un procédé innovant, mais encore très empirique : la friction-compression. Le projet de recherche dans lequel s’insère cette thèse a pour objectif d’analyser expérimentalement et numériquement le procédé de friction-compression dans le but de mieux comprendre et d’optimiser la transformation de la matière à recycler par celui-ci.

OBJECTIFS :
A l’aide d’une cellule de test spécialement élaborée afin de reproduire de façon contrôlée les différents phénomènes impliqués dans le procédé ainsi que des capacités prédictives de la simulation numérique par éléments finis, il s’agira d’étudier l’influence des paramètres du procédé et de la matière entrante (en particulier la variabilité du mélange) sur la faisabilité et l’efficacité de la transformation, ainsi que sur les propriétés du produit transformé. La cellule sera notamment instrumentée à l’aide d’une technique innovante de fluxmétrie thermique. La simulation permettra aussi d’évaluer l’efficacité énergétique de la technologie, qui est un élément majeur de sa viabilité économique. Les données acquises et outils développés au cours du projet serviront de base pour la conception d’un outillage-pilote adapté à la production d’un mélange fondu homogène et permettant différentes possibilités de mise en forme directe d’un produit (ou semi-produit) avec les meilleures caractéristiques possibles. Ainsi, le potentiel du procédé de friction-compression pourra être précisément évalué, dans la perspective d’un transfert à des acteurs économiques régionaux afin de traiter les gisements locaux de déchets plastiques mixtes et complexes.

METHODOLOGIE :
Pour atteindre ces objectifs, le/la doctorant(e) s’appuiera sur une méthodologie de recherche itérative constituée des étapes suivantes :

  Analyse de l’état de l’art sur les modèles thermo-rhéologiques de fusion-plastification des polymères (purs, mélanges) sous écoulement de cisaillement et compression ;

  Développement, implémentation et validation d’un modèle numérique (éléments finis) permettant de simuler l’évolution de l’état de transformation du polymère dans les conditions du procédé de friction-compression, ainsi que d’estimer le bilan thermique et énergétique de la transformation ;

  Caractérisation des propriétés thermo-rhéologiques (DSC, rhéométrie) des polymères et mélanges représentatifs des gisements de déchets plastiques cibles dans les conditions de mise en œuvre, notamment afin d’alimenter le modèle numérique ;

  Etude expérimentale du procédé de friction-compression : instrumentation de la cellule test de friction-compression, analyse de l’influence des différents paramètres du procédé (nature et quantité de polymère, vitesse de rotation, taux et durée de cisaillement, pression appliquée) sur l’évolution de la transformation ainsi que les propriétés finales de la matière ;

  Synthèse des résultats de simulation et expérimentaux afin d’identifier les conditions optimales de transformation et de proposer des voies d’amélioration et de développement industriel du procédé.
En outre, le/la doctorant(e) pourra être amené(e) à participer à la supervision de stages Master auxiliaires dans le cadre du projet.

PROFIL RECHERCHE :

 Diplôme Bac +5 (Master 2 ou Ingénieur) spécialités matériaux, mécanique/énergétique ou génie des procédés ;

 connaissances et intérêt prononcé pour la modélisation et la simulation numérique (idéalement : connaissance de la méthode des éléments finis et du logiciel COMSOL Multiphysics) indispensables ;

 connaissances en mécanique des fluides et transferts de chaleur indispensables ;

 connaissances en rhéologie et physique des polymères fortement appréciées ;

 compétences rédactionnelles, très bonne maîtrise de la communication scientifique en anglais (écrit et oral), capacités d’autonomie et d’esprit de synthèse.

CANDIDATURE :
Adresser CV + lettre de motivation + relevés de notes Master 1 et Master 2 (ou cycle Ingénieur) à :
Matthieu Zinet : matthieu.zinet@univ-lyon1.fr
Claire Barrès : claire.barres@insa-lyon.fr
M’hamed Boutaous : mhamed.boutaous@insa-lyon.fr

Reference : PHD/RECYPROC

Date de démarrage : 01 octobre 2022

Durée : 36 mois

Contacter :
IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères
Matthieu Zinet

email : matthieu.zinet@univ-lyon1.fr

Page web : http://www.imp-umr5223.fr/