Amélioration de l’efficacité de récupération des minéraux par flottation grâce à la mécanique des fluides numérique (CFD).
Au CNRS, à l'ISTO, nous proposons un contrat de thèse de doctorat de trois ans portant sur l’étude de la récupération des minéraux par flottation à l’aide de la mécanique des fluides numérique (Computational Fluid Dynamics, CFD). Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet MINFLOT, financé par le programme français PEPR « Sous-sol, bien commun », soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR).
La transition vers une économie bas-carbone entraîne une demande croissante en métaux critiques, tels que le lithium, le tungstène, le cobalt et le nickel. Ces ressources doivent de plus en plus être récupérées non seulement à partir de minerais primaires, mais également à partir de sources secondaires, notamment les résidus miniers et les déchets issus du traitement des minerais. Cependant, les technologies conventionnelles de traitement des minerais restent confrontées à des défis importants en matière d’efficacité de récupération, de sélectivité et d’impact environnemental. L’amélioration de ces procédés est donc essentielle pour permettre une production durable des métaux critiques et accompagner les transitions écologique et industrielle.
La flottation est l’une des techniques les plus largement utilisées et les plus efficaces pour séparer les minéraux valorisables de la gangue. Le procédé repose sur la modification sélective de la surface des minéraux à l’aide de réactifs chimiques, suivie de l’injection de bulles d’air. Les particules minérales rendues hydrophobes s’attachent aux bulles et sont transportées vers la surface, où elles peuvent être récupérées. L’efficacité de la flottation dépend d’interactions complexes entre l’écoulement du fluide, la dynamique des bulles, le transport des particules, les interactions bulle-particule et la chimie des interfaces, intervenant sur plusieurs échelles spatiales et temporelles.
L’objectif de la thèse est de développer un cadre de modélisation CFD robuste et multi-échelle pour les réacteurs de flottation mécaniquement agités. Les travaux porteront sur les phénomènes hydrodynamiques et physico-chimiques couplés qui gouvernent la flottation, avec une attention particulière portée aux écoulements multiphasiques, aux interactions bulle-particule, au transport des particules et à la cinétique de flottation. Des simulations haute fidélité à l’échelle du microréacteur seront utilisées afin de développer et de paramétrer des modèles numériquement efficaces, adaptés à la simulation de systèmes de flottation de plus grande taille, jusqu’à l’échelle industrielle.
Le cadre de modélisation développé permettra d’obtenir une compréhension prédictive de la récupération des minéraux et de l’efficacité de la flottation, tout en permettant d’étudier l’influence de la conception des réacteurs, des conditions opératoires et des paramètres du procédé. À terme, ces travaux contribueront à l’optimisation et à l’intensification durable des procédés de flottation, en interaction étroite avec les autres activités de modélisation multi-échelle et les travaux expérimentaux menés dans le cadre du projet MINFLOT.
Ce poste est basé à l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO), une unité mixte de recherche associant l’Université d’Orléans, le CNRS et le BRGM.
L’équipe de Recherche sur les Milieux Poreux détient une expertise reconnue dans le domaine des écoulements en milieu poreux, notamment grâce aux développements de modèles numériques multi-échelles ainsi qu’à sa plateforme expérimentale microfluidique pour les géosciences permettant de caractériser les processus hydro-géochimiques dans le sous-sol à partir de l’observation des écoulements réactifs à l’échelle du pore et du réseau de pores.
Vous êtes titulaire d'un master ou d'un diplôme d’ingénieur avec une spécialisation en mécanique des fluides, en écoulement et transport dans les milieux poreux, en calcul scientifique, en science des colloides et des interfaces. Vous avez une première expérience en dynamique des fluides numérique (par exemple OpenFOAM, Ansys, COMSOL) et êtes motivé(e) par la dérivation mathématique et le développement de codes. La connaissance de C++ est un plus. Vous êtes autonome et motivé pour travailler dans un environnement international.
Compétences attendues : physique, mécanique des fluides, géosciences, dynamique des fluides numérique (CFD), sciences informatiques, écoulement diphasique, méthode des volumes finis, C++.
Le candidat devra :
- Examiner la littérature sur les modèles théoriques et numériques de l'écoulement diphasique et du transport des particules dans les réacteurs,
- Développer des modèles multi-échelles pour l'écoulement diphasique et le transport de particules,
- Étalonner le modèle à l'aide d'expériences microfluidiques et en micro-réacteurs menées en parallèle par les partenaires du consortium,
- Mettre à l’échelle les résultats de simulations vers l’échelle du réacteur industriel,
- Publier vos résultats dans des revues à fort impact et participer à des conférences internationales,
- Participer activement à la vie quotidienne du Groupe de recherche sur les milieux poreux.
Pour postuler, joindre un CV, une lettre de motivation, une ou deux lettres de recommandation.
La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel
44 jours
Pratique et indemnisation du TT
Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€
Référence de l’offre
UMR7327-MARROU0-084
Section(s) CN / Domaine de recherche
Surface continentale et interfaces
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