Modélisation moléculaire de la nitro-oxydation des lubrifiants en phase liquide

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement.

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

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.

Modélisation moléculaire de la nitro-oxydation des lubrifiants en phase liquide

L’utilisation de carburants innovants, comme l’hydrogène (H2) est une piste pour décarboner le secteur des transports. Cependant, les caractéristiques de combustion de ce carburant présentent des propriétés de combustion différentes par rapport aux hydrocarbures conventionnels. Il y a notamment une formation plus importante des NOx (NO et NO2), due à une température de combustion plus élevée. A cause du mécanisme « blow-by », les NOx peuvent favoriser le vieillissement de l'huile moteur, notamment par le processus de nitro-oxydation [1]. Si la contribution de la nitro-oxydation à la formation de boues et vernis et à l'augmentation de la viscosité a été bien établie, le mécanisme réactionnel détaillant ce phénomène a été très peu étudié.

Par conséquent, la compréhension, cinétique et prédiction de ce processus est à étudier davantage. Une meilleure connaissance de cette problématique permettrait à terme de mieux connaitre et de maîtriser l’adéquation huile/système de combustion zéro-carbone.

Dans ce contexte, l’objectif de ce stage est centré sur le développement d’un modèle cinétique pour caractériser les réactions de nitro-oxydation en phase liquide d’un fluide lubrifiant par une approche de modélisation moléculaire, appliquée à des molécules modèles représentatives d’une huile de moteur.

Ce stage prend la suite des travaux effectués en 2022, dans lesquels une base de données thermocinétiques par calcul quantique a été établie. Ces données serviront comme ensemble d’apprentissage pour réajuster des paramètres du champ de force réactif (ReaxFF). Ce dernier permet de simuler les réactions de nitro-oxydation en phase liquide avec des molécules de solvant explicite. Cette étude prospective permettra d’avoir une meilleure compréhension du phénomène de nitro-oxydation.

Profil recherché :

Dernière année d’école d’ingénieur ou Master 2.

Compétences techniques : connaissance en chimie théorique et/ou modélisation moléculaire.
Aptitudes : Goût pour la recherche, dynamisme et force de proposition, motivation pour la valorisation des résultats (rédaction d’articles scientifiques), capacité à travailler en équipe.

Durée du stage : 6 mois

Le stage se déroulera à l'IFP Energies nouvelles à Rueil-Malmaison.
Une indemnité mensuelle sera versée au stagiaire (si non-rémunéré par ailleurs).

Intéressé/e ? Envoyez une lettre de motivation et un CV !

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INTERNSHIP molecular modeling of nitro-oxidation of lubricants in combustion engines

Description:
The use of hydrogen (H2) is a way to help to decarbonize the transport sector. However, the combustion characteristics of such fuels show different combustion properties as compared to conventional hydrocarbons. There is for example a greater formation of NOx (NO and NO2), due to a higher combustion temperature. In turn, NOx can promote the aging of engine oil via the so-called “blow-by” mechanism.
While it is well established that nitro-oxidation contributes to the formation of deposits and increases viscosities, there still remains many unknowns on the reaction mechanism. Therefore, a deeper understanding and prediction of the kinetics of this process are needed. A better knowledge of this problem would ultimately allow us to better understand and control the adequacy of oil/zero-carbon combustion systems.

In this context, the objective of the proposed internship is centered on the development of a kinetic model to characterize the nitro-oxidation reactions in the liquid phase of a lubricating fluid by a molecular modeling approach.
This internship follows up the work carried out in 2022, in which a thermokinetic database was established based on quantum calculations. These data serve as a training set to re-adjust the parameters of an empirical reactive force field called “ReaxFF”. The latter makes it possible to simulate nitro-oxidation reactions in the liquid phase with explicit solvent molecules.
This prospective study will provide a better understanding of the phenomenon of nitro-oxidation.

Required profile:

Level: last year of engineering school or Master
Technical skills: knowledge of theoretical chemistry and/or molecular modeling

Abilities:
Taste for research, dynamism, motivation, teamwork, good communication/writing skills (report/scientific articles).

Duration of internship: 6 months (starting at the beginning of 2023). At IFP Energies Nouvelles in Rueil-Malmaison (close to Paris). A monthly allowance is paid to the trainee that can (partly) cover housing expenses.

If you are interested, send your CV and letter of motivation.