Emploi

Les mélanges de combustibles gazeux et solides, qualifiés d’hybrides, sont rencontrés dans de nombreux secteurs industriels (industries pharmaceutiques, stockage d’hydrogène, biocarburants, traitement des déchets…). La fréquence des accidents liés à ces associations de composés inflammables est sous-estimée, l’explosion étant souvent associé au composé majoritaire.

Parallèlement, certaines technologies émergentes de valorisation de la biomasse ou de déchets (combustibles solides de récupération CSR) tendent à générer, de manière volontaire ou fortuite, des mélanges hybrides de gaz et de solides combustibles (e.g. pyrogazéification). Pourtant, lors de l’évaluation des risques d’explosion pour la sécurité des procédés et celles des travailleurs, le cas des mélanges hybrides est souvent éludé, faute de standards internationaux permettant d’évaluer spécifiquement les paramètres de sécurité.

Le sujet de thèse proposé concerne la compréhension des mécanismes d’inflammation et d’explosion des mélanges hybrides gaz-solides et la proposition de nouveaux outils et procédures de détermination des paramètres de sécurité, particulièrement ceux liés à la sensibilité à l’inflammation. Il sera centré sur des études de cas issues de procédés innovants de valorisation de la biomasse ou centrés sur des vecteurs énergétiques bas-carbone.

D’autres paramètres, tels que la distribution de taille de particule ou la turbulence seront également pris en compte au moyen de plans d’expériences. Une analyse plus fine des étapes limitantes de l’explosion sera alors entreprise grâce à un dispositif expérimental innovant permettant de découpler les phases de chauffe et génération des gaz, de l’inflammation du mélange hybride et de la propagation de flamme. Cette étude permettra notamment de découpler les mécanismes de pyrolyse des poudres et d’oxydation de la phase gazeuse, améliorant ainsi la compréhension des effets de synergie observés pour les mélanges hybrides.

En plus des résultats expérimentaux directement exploitables pour la sécurisation des procédés industriels étudiés, des modèles numériques visant à évaluer l’explosivité de ces mélanges pourront être développés en prenant en considération les spécificités liés aux transferts thermiques et aux mécanismes réactionnels de ces composés. Cette thèse aboutira à la proposition d’une démarche structurée d’évaluation des risques d’explosion liés aux mélanges hybrides gaz/solide.

Après une analyse extensive de l’accidentologie, des essais de détermination d’énergie minimale d’inflammation, de limite inférieure d’explosivité et de sévérité d’explosion seront menés à l’aide d’équipements pour lesquels les procédures de test auront été adaptées aux mélanges hybrides, en prenant en compte les développements en cours sur le sujet auxquels l’INERIS et le LRGP participent (collaboration avec le PTB et le BAM - Allemagne). L’impact de la température sur le ratio gaz/solide et, par conséquent sur l’énergie minimale d’inflammation de ces composés sera notamment étudié. En complément, l’influence de faibles concentrations de combustible (gazeux ou solide) sur le comportement global du mélange sera particulièrement étudiée.

N.B. : Cette offre de thèse fait l'objet d'un partenariat entre le LRGP et l'INERIS. Le ou la doctorant·e sera accueilli·e sur site à Nancy, Grand-Est (2 ans) et à  Verneuil-en-Halatte, Hauts-de-France (1 an).

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