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NNT : 2014 EMSE 0736 THÈSE présentée par Aurélie GALFRE pour obtenir le grade d

NNT : 2014 EMSE 0736 THÈSE présentée par Aurélie GALFRE pour obtenir le grade de Docteur de l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne Spécialité : Génie des Procédés CAPTAGE DU CO2 PAR CRISTALLISATION DE CLATHRATE HYDRATE EN PRESENCE DE CYCLOPENTANE : ETUDE THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE soutenue à Saint Etienne, le 14 février 2014 Membres du jury Président : Roland SOLIMANDO Professeur, ENSIC, Nancy Rapporteurs : Didier DALMAZZONE Fabienne ESPITALIER Professeur, ENSTA Paris Tech, Paris Professeur, ENS des mines d’Albi Directeur(s) de thèse : Jean-Michel HERRI Professeur, ENS des mines de Saint-Etienne Encadrants : Ana CAMEIRAO Maître Assistante, ENS des mines de Saint-Etienne Yamina OUABBAS Docteur Ingénieur, ENS des mines de Saint-Etienne Invité : Michel GIMENEZ Directeur Projets CO2 et Innovation Industrielle, Lafarge AVRIL Stéphane PR2 Mécanique et ingénierie CIS BATTON-HUBERT Mireille PR2 Sciences et génie de l'environnement FAYOL BENABEN Patrick PR1 Sciences et génie des matériaux CMP BERNACHE-ASSOLLANT Didier PR0 Génie des Procédés CIS BIGOT Jean Pierre MR(DR2) Génie des Procédés SPIN BILAL Essaid DR Sciences de la Terre SPIN BOISSIER Olivier PR1 Informatique FAYOL BORBELY Andras MR(DR2) Sciences et génie de l'environnement SMS BOUCHER Xavier PR2 Génie Industriel FAYOL BRODHAG Christian DR Sciences et génie de l'environnement FAYOL BURLAT Patrick PR2 Génie Industriel FAYOL COURNIL Michel PR0 Génie des Procédés DIR DARRIEULAT Michel IGM Sciences et génie des matériaux SMS DAUZERE-PERES Stéphane PR1 Génie Industriel CMP DEBAYLE Johan CR Image Vision Signal CIS DELAFOSSE David PR1 Sciences et génie des matériaux SMS DESRAYAUD Christophe PR2 Mécanique et ingénierie SMS DOLGUI Alexandre PR0 Génie Industriel FAYOL DRAPIER Sylvain PR1 Mécanique et ingénierie SMS FEILLET Dominique PR2 Génie Industriel CMP FOREST Bernard PR1 Sciences et génie des matériaux CIS FORMISYN Pascal PR0 Sciences et génie de l'environnement DIR FRACZKIEWICZ Anna DR Sciences et génie des matériaux SMS GARCIA Daniel MR(DR2) Génie des Procédés SPIN GERINGER Jean MA(MDC) Sciences et génie des matériaux CIS GIRARDOT Jean-jacques MR(DR2) Informatique FAYOL GOEURIOT Dominique DR Sciences et génie des matériaux SMS GRAILLOT Didier DR Sciences et génie de l'environnement SPIN GROSSEAU Philippe DR Génie des Procédés SPIN GRUY Frédéric PR1 Génie des Procédés SPIN GUY Bernard DR Sciences de la Terre SPIN GUYONNET René DR Génie des Procédés SPIN HAN Woo-Suck CR Mécanique et ingénierie SMS HERRI Jean Michel PR1 Génie des Procédés SPIN INAL Karim PR2 Microélectronique CMP KERMOUCHE Guillaume PR2 Mécanique et Ingénierie SMS KLOCKER Helmut DR Sciences et génie des matériaux SMS LAFOREST Valérie MR(DR2) Sciences et génie de l'environnement FAYOL LERICHE Rodolphe CR Mécanique et ingénierie FAYOL LI Jean Michel Microélectronique CMP MALLIARAS Georges PR1 Microélectronique CMP MOLIMARD Jérôme PR2 Mécanique et ingénierie CIS MONTHEILLET Franck DR Sciences et génie des matériaux SMS PERIER-CAMBY Laurent PR2 Génie des Procédés DFG PIJOLAT Christophe PR0 Génie des Procédés SPIN PIJOLAT Michèle PR1 Génie des Procédés SPIN PINOLI Jean Charles PR0 Image Vision Signal CIS POURCHEZ Jérémy CR Génie des Procédés CIS ROUSTANT Olivier MA(MDC) FAYOL STOLARZ Jacques CR Sciences et génie des matériaux SMS SZAFNICKI Konrad MR(DR2) Sciences et génie de l'environnement CMP TRIA Assia Microélectronique CMP VALDIVIESO François MA(MDC) Sciences et génie des matériaux SMS VIRICELLE Jean Paul MR(DR2) Génie des Procédés SPIN WOLSKI Krzystof DR Sciences et génie des matériaux SMS XIE Xiaolan PR0 Génie industriel CIS BERGHEAU Jean-Michel PU Mécanique et Ingénierie ENISE BERTRAND Philippe MCF Génie des procédés ENISE DUBUJET Philippe PU Mécanique et Ingénierie ENISE FORTUNIER Roland PR Sciences et Génie des matériaux ENISE GUSSAROV Andrey Enseignant contractuel Génie des procédés ENISE HAMDI Hédi MCF Mécanique et Ingénierie ENISE LYONNET Patrick PU Mécanique et Ingénierie ENISE RECH Joël MCF Mécanique et Ingénierie ENISE SMUROV Igor PU Mécanique et Ingénierie ENISE TOSCANO Rosario MCF Mécanique et Ingénierie ENISE ZAHOUANI Hassan PU Mécanique et Ingénierie ENISE EMSE : Enseignants-chercheurs et chercheurs autorisés à diriger des thèses de doctorat (titulaires d’un doctorat d’État ou d’une HDR) ENISE : Enseignants-chercheurs et chercheurs autorisés à diriger des thèses de doctorat (titulaires d’un doctorat d’État ou d’une HDR) Spécialités doctorales : SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX MECANIQUE ET INGENIERIE GENIE DES PROCEDES SCIENCES DE LA TERRE SCIENCES ET GENIE DE L’ENVIRONNEMENT MATHEMATIQUES APPLIQUEES INFORMATIQUE IMAGE, VISION, SIGNAL GENIE INDUSTRIEL MICROELECTRONIQUE Responsables : K. Wolski Directeur de recherche S. Drapier, professeur F. Gruy, Maître de recherche B. Guy, Directeur de recherche D. Graillot, Directeur de recherche O. Roustant, Maître-assistant O. Boissier, Professeur JC. Pinoli, Professeur A. Dolgui, Professeur PR 0 Professeur classe exceptionnelle PR 1 Professeur 1ère classe PR 2 Professeur 2ème classe PU Professeur des Universités MA (MDC) Maître assistant DR Directeur de recherche Ing. Ingénieur MCF Maître de conférences MR (DR2) Maître de recherche CR Chargé de recherche EC Enseignant-chercheur IGM Ingénieur général des mines SMS Sciences des Matériaux et des Structures SPIN Sciences des Processus Industriels et Naturels FAYOL Institut Henri Fayol CMP Centre de Microélectronique de Provence CIS Centre Ingénierie et Santé Mise à jour : 07/04/2013 A mon grand-père. i Remerciements Préparer une thèse est loin d'être un long fleuve tranquille. Ce chemin est semé d’embûches mais aussi de fous rires et de bons moments. Pour réaliser ce travail, il est nécessaire d’être entouré par ses amis, sa famille, ses collègues, ses encadrants… J’ai eu la chance d’être bien accompagnée et je souhaite leur adresser mes sincères remerciements. En premier lieu, je tiens à remercier mon directeur de thèse, M. Jean Michel Herri, pour avoir dirigé mes travaux de thèse et m’avoir apporté de multiples conseils qui ont enrichis mes travaux. Nos échanges se sont toujours passés dans la bonne humeur. Je remercie également mon encadrante Mme. Ana Cameirao. Ton écoute et tes conseils m’ont accompagnée tout au long de cette thèse. Tu as su me remonter le moral dans les mauvais moments. Pour cela, je te remercie. Je remercie Mme Yamina Ouabbas. J’ai apprécié ton écoute et ta disponibilité lorsque j’avais besoin de conseils. J’ai aussi apprécié ta bonne humeur permanente, comme un rayon de soleil. Je tiens à remercier les membres du jury de ma soutenance. Je remercie M Roland Solimando d’avoir accepté de présider mon jury de thèse. Je remercie également Mme. Fabienne Espitalier et M. Didier Dalmazzone d’avoir accepté d’être rapporteurs de mon jury de thèse. Enfin, je remercie M. Michel Gimenez d’avoir accepté de participer à mon jury de thèse et d’avoir apporté le point de vue industriel à ma soutenance. De nombreuses personnes m’ont accompagnée tout au long de cette thèse. Je remercie l’ensemble du personnel que j’ai pu cotoyer dans le cadre de mes travaux, au détour d’un couloir ou de l’espace café ! Je remercie Marc, Andrée-Aimé, Laurent, Stéphanie, … Je tiens à remercier tout particulièrement les techiciens. Sans eux les travaux présentés n’auraient pas pu être réalisés. Mon réacteur serait resté bloqué, les échantillons n’auraient pas été analysés et sans ordinateur, il aurait été difficile d’exploiter mes essais! Je remercie ainsi Alain, Fabien, Jean-Pierre, Marie-Claude, Marc, Jérôme, Richard et Albert pour leur disponbilité, leur bonne humeur et leur efficacité. Je remercie également tout le personnel administratif et particulièrement, Carole et Joëlle, qui m’ont accompagnée tout au long de cette thèse dans mes besoins administratifs. Merci pour nos nombreux échanges. Je remercie mes anciens co-locataires de bureau, Jérôme, Amarra et Aline, pour les agréables moments passés ensemble et les nombreuses discussions. J’adresse également mes remerciements aux doctorants avec qui j’ai passé de bons moments : Estelle, Mounir, Qasim, Lydie, Sébastien, Jinane, Omar, Franck, Jules, Aline, Estelle... ii Quelques personnes sont devenues au fil des ans de véritables amis. Parmi eux, je peux compter sur mes partenaires de jeu de cartes : Baptiste, Damien, Pedro, Zaher, Ivan, Agathe... Pour les nombreux cappus partagés et son soutien indéfectible, je remercie particulièrement Pauline. Pour sa bonne humeur et ses expressions tordues, je remercie particulièrement Marina. Pour son sourire et son côté mère poule, je remercie particulièrement Raquel. A mes amis de Lyon et d’ailleurs, je vous remercie pour votre soutien et votre amitié constante, les voyages passés et futurs, les soirées passées et futures, les anniversaires surprises : Sylvie, Annabelle, Juliette, Vincent, Thomas, Stéphane, Rob, Virgile, Romaric, Romain… Je remercie particulièrement mes amies Perrine et Floralie qui sont toujours auprès de moi après toutes ces années. Vous êtes de très grands soutiens dans ma vie de tous les jours. A ma famille, qui a de loin, pu vivre ma thèse avec moi. Merci à ma maman, ma sœur, mon père, mes grands-parents, ma tante, mon grand oncle et ma marraine de m’avoir soutenue dans mes choix. Merci à toute ma belle-famille d’avoir été présente durant ma soutenance et de m’apporter leur soutien. Je terminerai mes remerciements par le meilleur. A mon compagnon depuis aujourd’hui 10 ans, je te remercie d’être là, tout simplement, tous les jours. iii Sommaire Liste des figures ...................................................................................................... vii Liste des tableaux ................................................................................................. xiv Nomenclature ....................................................................................................... xvi Introduction .............................................................................................................. 1 I. ETAT DE L’ART ......................................................................................................... 5 I.1. Les clathrates hydrates ..................................................................................... 6 I.1.1. Définitions et vocabulaire ......................................................................... 6 I.1.2. Structure des clathrates hydrates ............................................................ 6 I.1.3. Analogie avec la glace ............................................................................ 9 I.1.4. Caractéristiques de la molécule piégée ............................................... 9 uploads/Science et Technologie/ galfre-aurelie-diff.pdf