Description

Qu’ils relèvent de la basse ou de la haute fréquence, les ultrasons de puissance sont connus pour leurs effets physiques et chimiques. De nombreuses applications existent, qu’elles relèvent de l’intensification de procédés physiques (nettoyage, dégazage, extraction solide-liquide, …) ou de l’activation de réactions chimiques (catalyse) [1-2]. Pour autant, peu de travaux fondamentaux ont été menés afin d’apporter une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu, et de fournir des paramètres opératoires pertinents à la conduite de ces applications, notamment en milieu hétérogène.
Dans ce contexte, l’objectif de la thèse proposée est de développer un nouveau type de réacteur sonochimique, s’appuyant sur une irradiation ultrasonore à double fréquence mise en œuvre dans un lit fluidisé. L’intérêt de la double fréquence est ici justifié par la juxtaposition d’effets chimiques et physiques qui conduisent à une synergie jusqu’ici rapportée essentiellement en milieu homogène. Par ailleurs, la fluidisation est une opération bien connue pour améliorer l’accessibilité au milieu divisé et favoriser les possibles transferts de chaleur et matière. Dans le domaine des procédés d’extraction solide/liquide par exemple, l’utilisation d’un réacteur de type lit fluidisé permet notamment une extraction plus rapide, plus homogène et plus efficace, avec moins de colmatage et garantit la possibilité d’un fonctionnement continu [3]. Ainsi, le dispositif envisagé dans le cadre de la thèse s’appuiera sur une double innovation : le développement de la fluidisation assistée par ultrasons et le couplage de fréquences ultrasonores distinctes.
A la suite d’une phase préliminaire bibliographique qui devrait entre autres confirmer le caractère innovant de ce type de réacteur, la première étape de ce travail consistera au dimensionnement du dispositif et à sa mise en place. La caractérisation énergétique et les performances sonochimiques du lit fluidisé assisté par ultrasons seront ensuite réalisées à partir d’une méthodologie développée au laboratoire. L’approche hydrodynamique classique viendra compléter cette caractérisation.
Cette étape devrait permettre de définir les conditions optimales d’utilisation du lit fluidisé ultrasonore qui seront à la suite mises en œuvre et validées pour une/des application(s) en milieu hétérogène qui aura/ont été choisie(s) dans le cadre de la valorisation de biomasse et/ou de la récupération de molécules d’intérêt.

Compétences requises

Le ou la candidat(e) devra avoir un niveau bac + 5 (master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur) avec une spécialité en génie des procédés. Des connaissances complémentaires en chimie et/ou matériau seront par ailleurs très appréciées. Ce projet nécessitera une familiarisation à la technologie ultrasonore, ainsi qu’à l’utilisation de techniques de caractérisation variées et spécifiques. En outre, le ou la candidat(e) devra être motivé(e) par l’expérimentation. Des qualités rédactionnelles, une autonomie et un sens pratique seront un plus.

Bibliographie

[1] C. Pétrier, N. Gondrexon, P. Boldo, Ultrasons et sonochimie, 2008 Techniques de l’ingénieur, AF6310.
[2] S. Baup, Intensification des transferts et de la réactivité par ultrasons, séminaire invité 'Zoom de la SFGP : quand les réacteurs s’activent', 13 novembre 2025
[3] N. Mahasti, A review and future outlook on fluidized-bed Fenton (FBF) and three-phase fluidized-bed reactor (3P-FBR) technologies for sustainable wastewater treatment, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2026 14(1), 120832.
[4] N. Gondrexon, L.Cheze, Y.Jin, M.Legay,Q. Tissot, N. Hengl, S.Baup, F.Pignon, P. Boldo, E.Talansier Intensification of heat and mass transfer by ultrasound: application to heat exchangers and membrane separation processes, 2015, Ultrasonics Sonochemistry, 25, 40-50
[5] C. Poncet, S. Ferrouillat, L. Vignal, A. Courouble, O. Bulliard-Sauret, N. Gondrexon Ultrasonically-enhanced convective heat transfer: Evidence of a relationship with the thermal boundary layer, 2022, Applied thermal engineering 216 119069
[6] N. Hengl, Y. Jin, F. Pignon, S. Baup, R. Mollard, N. Gondrexon, A. Magnin, L. Michot, E. Paineau, A new way to apply ultrasound in cross-flow ultrafiltration: application to colloidal suspensions 2014, Ultrasonics Sonochemistry, 21(3), 1018-1025.
[7] B. Briois, T. Saito, C. Pétrier, J.-L. Putaux, Y. Nishiyama, L. Heux, S. Boisseau, I→I transition of cellulose under ultrasonic radiation, 2013, Cellulose, 20(2), 597-603.
[8] A. Barchouchi, N. Gondrexon, J.-L. Putaux, L. Heux, S. Solina-Boisseau, S. Baup, A New Method for Cellulose Surface Modification by Combining Low and High Ultrasound, 16th ESS Congress European Society of Sonochemistry, Besançon 16-19 Avril 2018.
[9] A. Barchouchi Réactivité sonochimique à l'interface solide-liquide, 2020, thèse de doctorat, Université Grenoble Alpes
[10] A. Barchouchi, S. Molina-Boisseau, N. Gondrexon, S. Baup, Sonochemical activity in ultrasonic reactors under heterogeneous conditions, 2021, Ultrasonic Sonochemistry, 72, 105407, DOI : 10.1016/j.ultsonch.2020.105407
[11] S. Kälkäja, T. Hu, S. Baup, J.-M. Leveque, K. Lappalainen The effect of ultrasound on birch sawdust during simultaneous pretreatment and hemicellulose’s chemical conversion, 2025, Ultrasonic Sonochemistry, 116, 107318
[12] P. Kumari and R. Vinu, Sono-Fenton-Assisted Depolymerization of Lignin to Valuable Phenolic Compounds, ACS OMEGA, 2025, 10, 28944-28955

Mots clés

ultrasons, génie des procédés, solides divisés, sonochimie, fluidisation