Elaboration et évaluation de la durabilité de membranes multicouches permsélectives à l’eau, applicables à la conversion du CO2 en électro-carburants
L’hydrogénation catalytique du CO2 en carburants est envisagée pour décarboner certains modes de transport difficilement électrifiables. Cependant, certaines des réactions de synthèse envisagées sont thermodynamiquement équilibrées (rendements de conversion du CO2 limités) et une dégradation du catalyseur par l’eau produite par la réaction est observée. L’utilisation de réacteurs membranaires, permettant la séparation de l’eau, est envisagée. Pour cela, le développement de membranes permsélectives à l’eau, sans défauts et résistantes aux conditions de synthèse, est nécessaire. Des études antérieures ont ciblé l’utilisation de membranes zéolithes (LTA et SOD) pour cette application. Cependant la présence de défauts réduit leur sélectivité, et leurs performances se dégradent en fonctionnement. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier le colmatage des défauts des membranes et le dépôt de couches protectrices à leur surface pour améliorer leurs performances et leur durabilité. Pour cela, le dépôt de couches zéolithes permsélectives sera tout d’abord réalisé par voie hydrothermale sur des supports poreux adaptés. Le colmatage des défauts par imprégnation/conversion de précurseurs de silice en milieu CO2 supercritique sera ensuite étudié. Enfin, différentes couches protectrices (zéolithe, oxyde céramique…) seront déposées sur les membranes (voies sol-gel, CO2 supercritique, hydrothermale). Les dépôts seront caractérisés (DRX, MEB, porosimétrie, elipsométrie…) afin de s’assurer de la nature chimique du dépôt, de son épaisseur/homogénéité et de sa porosité. Les performances en perméation de gaz seront évaluées aux différentes étapes d’élaboration et la durabilité des membranes sera étudiée en présence de vapeur d’eau à différentes températures.
Le/la candidat(e) évoluera au sein du Laboratoire des Procédés Supercritiques et Décontamination (Marcoule), et bénéficiera de l’expertise du laboratoire dans les membranes céramiques. L’étudiant(e) interagira avec les techniciens, ingénieurs, doctorants et post-doctorants du laboratoire et échangera avec les collaborateurs du Laboratoire des Réacteurs et des Procédés (Grenoble). Le/la doctorant(e) sera impliqué(e) dans les différentes étapes du projet, la publication des résultats et la présentation de ses travaux dans des conférences. Il/Elle développera de solides connaissances dans les domaines de l’environnement et de l’énergie, ainsi qu’en gestion de projet.
Détection ultrarapide par qubits volants électroniques et de Majorana
Une voie émergente pour l’information quantique consiste à utiliser des charges électroniques volantes, comme les excitations électroniques, en tant que qubits.
Ces qubits volants présentent un avantage majeur : l’interaction de Coulomb intrinsèque, permettant des portes logiques à deux qubits et des applications en détection quantique.
Par rapport aux qubits photoniques, ils offrent donc un levier naturel pour dépasser certaines limitations fondamentales.
Leur principal inconvénient réside dans la décohérence rapide, mais cette difficulté peut être atténuée en opérant à des échelles ultrarapides, de l’ordre de la picoseconde.
Une stratégie supplémentaire consiste à exploiter la protection topologique apportée par les modes de Majorana, quasi-particules non-Abéliennes insensibles aux perturbations locales.
Jusqu’ici, la majorité des travaux se sont concentrés sur des modes 0D localisés (aux extrémités de nanofils supraconducteurs), sans démonstrations expérimentales concluantes.
Notre projet de thèse propose une approche nouvelle, fondée sur les modes de Majorana chiraux 1D, constituant une voie vers des qubits volants protégés topologiquement.
L’ambition est de bâtir une plateforme inédite de calcul et de détection quantiques.
Cette plateforme exploitera le graphène multicouche, où peuvent être combinés effet Hall quantique anormal, supraconductivité et modes de Majorana chiraux.
Synthèse et études des propriétés optiques de nanoparticules de graphène
Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).
Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier: des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Nous nous intéresserons particulièrement à des familles de nanoparticules allongées dans le but d'étudier comment la taille peut permettre d'observer et contrôler des processus multiexcitoniques dans ces matériaux. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le/la candidat(e) devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.