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Marti Aliod, Carles. Simulation de processus de stockage chimique pour l'énergie renouvelable

Marti Aliod, Carles (2018). Simulation de processus de stockage chimique pour l'énergie renouvelable.

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Résumé en francais

L'objectif de la présente thèse englobe différents processus liés au stockage d'énergie provenant de sources renouvelables. Concrètement, cette thèse vise à étudier, d'un point de vue théorique, les processus liés à la réaction de Sabatier assistée par plasma (CO 2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O), où le catalyseur hétérogène est composé d'éléments Ni / Ru. La recherche est par conséquent divisée en thèmes développés dans les spécialités de chaque partenaire. À l'université de Pérouse, les processus plasma / phase gazeuse sont pris en compte, concrètement l'étude de l'OH + H 2 selon la méthode quantique classique. La principale procédure innovante a été d'ajouter une surface potentielle à longue portée à la surface d'énergie potentielle (PES) déjà disponible, en la convertissant en une surface appropriée pour les processus non réactifs, tout en maintenant la précision de la mesure initiale, nécessaire aux processus réactifs. Dans ce sens, nous avons mené une étude sur la diffusion OH + H2 en utilisant une méthode quantique classique, traitant les vibrations quantiques et classiquement les translations et les rotations. Le bon accord entre les probabilités réactives classiques quantiques spécifiques à l'état et les probabilités quantiques complètes correspondantes a conduit à l'extension de l'étude aux probabilités d'état à état pour les échanges d'énergie vibratoire non réactifs. L'étude a montré que la dynamique de la réaction H 2 dépend de l'excitation vibratoire, alors que celle non réactive est principalement adiabatique sur le plan vibratoire. Au contraire, la dynamique réactionnelle de l'OH n'est pas affectée par son excitation vibratoire, alors que la non-réactive pourrait en produire un pompage jusqu'à des états vibratoires plus élevés. Dans l'université Paul Sabatier de Toulouse, les grappes et nanoparticules de Ru, faisant partie du catalyseur industriel, sont étudiées selon l'approche DFTB. L'intention était d'étudier la capacité de la DFTB à fournir des résultats fiables sur la structure électronique, les propriétés structurelles et la stabilité des systèmes monométalliques à base de ruthénium, allant de petites grappes à des nanoparticules plus grosses et globalement. Étant donné que le collage électronique et l'organisation structurelle du groupe de ruthénium sont quelque peu spécifiques par rapport aux autres groupes de métaux, il est difficile de déterminer si la DFTB est capable de prendre en compte de telles particularités. La dynamique moléculaire à revenu parallèle (PTMD) a été utilisée en association avec une extinction périodique pour obtenir une optimisation globale des grappes neutres, cationiques et anioniques dans la plage n = 3-20. Les résultats ont montré un très bon accord avec les calculs expérimentaux et théoriques de niveau plus élevé en considérant l'énergétique des clusters, pour sa structure, ses potentiels d'ionisation et ses affinités électroniques. De plus, toutes les propriétés se sont révélées cohérentes avec les limites définies par l'atome isolé et l'ensemble. Il a été prouvé que Spin joue un rôle majeur dans la description des clusters, permettant à certaines configurations spatiales d'avoir leur stabilité particulière. L'étude des nanoparticules a conduit à un excellent accord avec les résultats de la DFT et les valeurs expérimentales à la fois pour son énergie et sa structure, conservant non seulement les tendances entre la forme standard des nanoparticules, mais prédisant également la même valeur que celle obtenue pour d'autres études sur la structure cristalline transition entre simple cubique à, d'abord, fcc à, enfin, hcp. Enfin, nous étudions la cinétique du processus catalytique hétérogène à la surface de Ni (111) afin de contribuer au développement de l'appareil Progeo. Nous avons utilisé ZACROS, un système cinétique de Monte Carlo (KMC), pour simuler des phénomènes moléculaires sur des surfaces catalytiques. Sur la méthodologie KMC de graphes théoriques. Un résultat important de nos calculs est illustré dans lequel, contrairement à la suggestion d'une analyse statique ne prenant en compte que l'énergétique des états de transition, montre que le processus dominant menant à la production de CH4 est l'hydrogénation du CO, autres procédés possibles en phase gazeuse produisant du CO.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Spiegelman, Fernand
Faginas Lago, Noelia
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), UMR 5626
Mots-clés libres :Energie renouvelable - Catalyse - Nanoparticules - Dynamique moléculaire
Sujets :Chimie
Déposé le :26 Sep 2019 15:23