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Reconstruction 3D de milieux nano-poreux désordonnés et simulation d’adsorption moléculaire

Hamidreza Ramezani

I. Contribution scientifique :

Générer un milieu poreux à morphologie complexe comme celui de carbones adsorbants et étudier les interactions molécules confinées / surface ainsi que la structure des molécules confinées. Cette démarche s’inscrit dans le cadre de recherches sur la compréhension des mécanismes de stockage de l’énergie et du piégeage des polluants.

II. Méthodologie :

a) La méthode de Monte-Carlo Inverse (RMC) nous permet de générer des milieux poreux à morphologie complexe. Dans le principe, il s’agit de calculer la fonction de corrélation de distance (G(r)) entre les atomes introduits dans un espace 3 D limité (boite de simulation). Le déplacement de ces atomes par une méthode stochastique permet d’obtenir une structure dont la fonction G(r) associée décrit le mieux la fonction G(r) expérimentale obtenue à partir des expériences de diffusion de rayonnement (rayon X et Neutrons). Malheureusement, cette méthode ne garantie pas l’unicité des structures obtenues. Les différentes études notamment sur les matériaux carbones nano-poreux montrent qu’il faut ajouter des conditions supplémentaires (angles des liaisons, coordinence, ...) afin de limiter le nombre de solutions et de trouver des structures poreuse plus réalistes. Cette démarche nous conduit à la méthode de Monte-Carlo inverse hybride (HRMC). La validation de RMC et HRMC peut être réalisée par des essais expérimentaux au laboratoire.

b) Dans la deuxième étape, le milieu poreux calculé par RMC et/ou HRMC est utilisé pour simuler
l’adsorption de molécules. Les isothermes d’adsorption et la distribution en taille des pores calculée peuvent être comparées aux mesures expérimentales, lesquelles supposent une hypothèse simpliste sur la géométrie des pores.

c) Ces démarches ont été initiées à l’aide de Pr. Suresh Bhatia (Professeur invité à l’université d’Orléans ) et Mme Nathalie Cohaut au laboratoire.

III. Apport original :

Compléter l’approche expérimentale en développant au laboratoire une méthode numérique permettant de mieux décrire les systèmes poreux complexes et les interactions surface/moléculaire.

Collaborateurs :

– Nathalie Cohaut, Maître de Conférences à l’Université d’Orléans-CRMD,

– Suresh Bhatia, Professeur à l’Université de Queensland, Australie (Professeur invité à l’Université d’Orléans).

Diverses activités en cours

I. Approche Chimio-Poro-Mécanique basée sur la théorie de micro-dilatation,

II. Modélisation multi-échelle et multi-disciplinaire basée sur la théorie de Cosserat linéaire et non-linéaire et la théorie de micromorphe.