Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche pluridisciplinaire placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieure et de la Recherche. Créé en 1939 et dirigé par des scientifiques, il a pour mission de faire progresser la connaissance et être utile à la société dans le respect des règles d’éthique, de déontologie et d’intégrité scientifique.

Sujet de thèse :
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 para
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Le Centre national de la recherche scientifique est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 34 000 femmes et hommes (plus de 1 000 laboratoires et 200 métiers), en partenariat avec les universités et les grandes écoles, y font progresser les connaissances en explorant le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Depuis plus de 80 ans, y sont développées des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit que le CNRS tisse entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait de lui un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde. Le partenariat qui le lie avec les entreprises est le socle de sa politique de valorisation et les start-ups issues de ses laboratoires (près de 100 chaque année) témoignent du potentiel économique de ses travaux de recherche.

Contraintes et risques :
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.