PHILIPPE Régis

Mon activité de recherche s’inscrit dans les domaines du génie de la réaction chimique et de l’intensification des procédés appliqués aux transformations catalytiques et aux systèmes réactifs multiphasiques.

L’étude, la compréhension, la modélisation et l’optimisation des couplages entre phénomènes physiques et réactions chimiques en constituent les lignes directrices. Celles-ci s’appliquent tant aux technologies de réacteurs conventionnelles (lits fixes, cuves agitées) qu’aux configurations plus avancées (réacteurs microstructurés, réacteurs multifonctionnels, etc.). Un des aspects clés de mes travaux vise à jeter un pont entre la chimie et le génie chimique, en articulant des études fondamentales en génie des réacteurs avec des applications concrètes répondant aux défis des chimies actuelles les plus exigeantes. Les objectifs poursuivis incluent la caractérisation de réacteurs, le développement méthodologique, l’acquisition de données, l’optimisation des conditions opératoires (réacteur compris !), les problématiques de mise à l’échelle (démonstrateurs pilotes), la transposition de procédés discontinus (mode batch) en continu, ainsi que divers développements de modèles. Les domaines d’application sont vastes et englobent tous les secteurs clés de la catalyse et des procédés réactifs multiphasiques : chimie fine, énergie et carburants, chimie de spécialités, valorisation de la biomasse, synthèse de matériaux, environnement et dépollution. Dans ce contexte général, ma recherche s’articule autour de 3 sous-thèmes, souvent liés entre eux :

1. Structuration des réacteurs (et des écoulements)

   Ce sous-thème comprend l’étude générale (transfert de quantité de mouvement, de masse, de chaleur) des mousses solides à alvéoles ouvertes, des réacteurs monolithiques et des micro-/milli-lits fixes pour des applications G-L-S (Gaz-Liquide-Solide) et G-S (Gaz-Solide) comme alternatives aux lits fixes traditionnels. Des caractérisations fines et statistiques de ces structures sont développées par micro-tomographie et analyse d’images, parallèlement à la mise au point de procédures de dépôt de catalyseur (coating) spécifiques. Ce volet couvre également diverses approches fluidiques multiphasiques polyvalentes (films tombants, écoulements segmentés) adaptées aux milieux complexes, y compris la manipulation de suspensions solides. Des caractérisations fondamentales de l’hydrodynamique et des transferts sont ainsi menées de front avec des démonstrations appliquées sur des chimies modèles ou à forte criticité.

   

2. Intensification des procédés et acquisition de données pour des chimies exigeantes

   Ce sous-thème est dédié aux études d’intensification de procédés via divers concepts de micro-/milli-réacteurs multifonctionnels combinant réaction(s), échange thermique, séparation(s) et compartimentation. Ces concepts sont appliqués à la synthèse de matériaux ainsi qu’à des chimies complexes et exigeantes. Par « chimie exigeante », on entend une réaction où les limitations physiques du réacteur sont susceptibles d’altérer les performances globales ou de restreindre la fenêtre opératoire des technologies traditionnelles. Des méthodologies de sélection de réacteurs et des stratégies d’acquisition de données sont également développées, en s’appuyant sur l’expérimentation à haut débit via des outils micro-/milli-fluidiques continus et le traitement numérique des données. L’ensemble de ces aspects est étudié au sein de la plateforme de chimie en flux et d’Intensification des Procédés hébergée au CP2M.

   

3. Modélisation des réacteurs (et cinétique)

   Ce sous-thème regroupe toutes les actions menées en modélisation cinétique et de réacteurs. Pour le volet réacteurs, il couvre les approches traditionnelles utilisant les outils du génie de la réaction chimique (GRC) à différentes échelles : celle du réacteur et celle du grain de catalyseur. Des approches en mécanique des fluides numérique et multiphasique sont également étudiées afin d’inclure une description locale, des fois nécessaires. Ces modèles sont développés et validés pour des problématiques d’extrapolation et d’intrapolation. Diverses chimies catalytiques ont été étudiées, notamment la synthèse de Fischer-Tropsch et de nombreuses réactions d’hydrogénation et d’oxydation.

   

Projets de recherches :

• ANR : Disc, Comet, E-fixed bed, Elastic Foam Reactor
• PEPR : Ecochem, E-biocarb
• Carnot : C-lohc, Crepe
• Collaboration industrielles : Processium, Khimod, Corning ; Liebherr aerospace, Iveco, Safran, IFPEN, CEA.

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