Amélioration du stockage de CO2 par formation d'hydrates

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Amélioration du stockage de CO2 par formation d’hydrates 

Contexte du stage

La neutralité carbone est devenue le principal moteur du développement des énergies propres dans le monde, et le captage et le stockage du carbone est l’une des solutions indispensables pour atténuer la crise climatique.

Le stockage offshore de très grandes quantités de dioxyde de carbone (CO₂) est envisagé dans certains réservoirs d’hydrocarbures en fin de vie ou dans des aquifères profonds. Or, avant toutes opérations de stockage, il est indispensable étudier en amont les risques de fuites du réservoir car le CO₂ pourrait se déverser sur le fond marin ; avec des préjudices potentiels pour les écosystèmes marins si les quantités sont importantes. La formation d’hydrates de CO₂ (structure cristalline à base d’eau qui emprisonne une quantité importante de gaz) dans les zones de fuites au-dessus du réservoir pourrait être une solution pour les contenir.

L’intérêt d’une telle réaction de cristallisation est qu’elle serait pertinente pour à la fois piéger le CO₂ qui s’est échappé du réservoir et former une couche peu perméable qui réduiraient de manière significative les émissions au niveau du fond marin.

Ce stage vise à mieux comprendre les processus de formation d’hydrates de CO₂ en milieu aqueux à partir d’expérimentations en laboratoire. Son objectif est d’étudier l’efficacité de deux promoteurs (additif chimique permettant soit de maitriser la stabilité des hydrates dans une gamme de température et de de pression définie, soit améliorer la cinétique de cristallisation) de la formation d’hydrates. L’objectif principale de cette étude est de décrire et comprendre les mécanismes opératoires du promoteur en fonction des conditions de température, pression et concentration du milieu.  Les résultats obtenus alimenteront une base de données qui sera utilisée ultérieurement pour améliorer le modèle de transport-réaction en cours de développement à IFPEN.

L’étudiant sélectionné évoluera dans des laboratoires dotés d’équipements originaux pour l’étude de phénomènes physico-chimiques à haute pression, et interagira avec des étudiants, techniciens et chercheurs motivés à l’idée de partager leurs connaissances et de les appliquer à des problématiques industrielles.

Programme du stage

Le but de ce stage est d’évaluer l’impact des promoteurs sélectionnés sur la cinétique de formation des hydrates de CO₂, leur stabilité thermodynamique, et leur capacité de stockage.

Le stage s’organisera autour de 2 axes.

• L’Axe 1 portera sur la réalisation d’expérimentations dans une cellule HP à visualisation. Il s’agira de former des hydrates de CO₂ avec et sans promoteur en réalisant un suivi temporel de l’évolution à la fois de la pression et de la température du système, et de l’interface phase aqueuse/ phase gazeuse afin de comprendre le processus de croissance.
• L’Axe 2 concernera la caractérisation par calorimétrie des mêmes systèmes étudiés dans l’Axe 1 par la mesure de l’enthalpie de dissociation et la détermination de leur stabilité thermodynamique. Un suivi cinétique en isotherme, complémentaire à celui de l’Axe 1, sera également réalisé.

Tous les moyens techniques nécessaires pour ce stage étant disponibles et opérationnels, le travail pourra débuter dès février/ mars 2026, et se déroulera sur 5 mois. L’Axe 1 se déroulera de M1 à M4, et l’Axe 2 de M3 à M5.

Profil recherché

Ce stage conviendrait à un(e) étudiant(e) motivé(e) par la physico-chimie expérimentale (cinétique et thermodynamique), manifestant une rigueur en adéquation avec le travail sur des appareillages « haute-pression », et désirant acquérir des compétences sur le stockage industriel de carbone.