Projets en cours

PROJET 1

- Titre du projet: Valorisation des sables et des sables siliceux

 

- Equipe impliquée

Nom du responsable du projet : Ahmed Hichem Hamzaoui

Grade : Professeur

Nom des enseignants-chercheurs impliqués :

Grade :

Mohamed Triki

Maître de conférences

Mounir Hajji

Maître assistant

Refka Ouesleti

Maître assistante

Radouanne Fezei

Maître assistant

Islam Chaari

Maître assistante

Zeineb Seboui

Maître assistante

Nom des doctorants à mobiliser dans le cadre du projet :

Moufida Borni

Ingénieure en chef

Amal Andolsi

Technicienne supérieure

Hajer Said

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Résumé et objectifs:

En Tunisie, les sables siliceux se répartissent presque sur toute sa superficie. D’après les rapports de l’Office National des Mines, les sables extra-siliceux (> 98% en SiO2) sont localisés principalement au nord du pays. En particulier, les sables siliceux du nord-ouest du pays possèdent des teneurs en SiO2très élevées (pouvant atteindre 99,5%). Toutefois, la majeure partie de ces sables extra-siliceux est destinée au secteur du bâtiment et à l’industrie des verres. La valorisation de cette ressource naturelle dans d’autres domaines d’applications peut avoir un impact socio-économique et/ou scientifique pour notre pays. Dans ce contexte, ce projet de recherche sera articulé autour des thèmes suivants : Le silicium, la silice, les silicates, les verres et les composites. Ce dernier thème se subdivise en deux parties. La première est dédiée à la préparation des composites organo-silice (carbo-silice, silico-lignine, ...) et la seconde aux composites minéraux (béton, etc.).

*Pour le silicium :

Ce matériau présente un grand intérêt dans le domaine de l'énergie (solaire), la métallurgie (alliage) et l'électronique. Tout d’abord, le sable Tunisien doit être purifiée à fin d'obtenir une teneur minimale en SiO2supérieure à 99,9%. A cet effet, plusieurs méthodes de préparation de Si vont être appliquées et étudiées à savoir les méthodes conventionnelle (carbothermale), électrochimique et par réaction chimique. Il est à noter que la méthode électrochimique a été appliquée, dans le cadre d'une thèse en collaboration avec notre partenaire Japonais, et a donné des résultats prometteurs et encourageants. Il serait donc intéressant donc de poursuivre ces travaux à fin d'améliorer les conditions de préparation. D'autre part, la préparation de ce matériau par la méthode chimique est aussi envisageable puisque les calculs thermodynamiques sont favorables pour l'obtention du précurseur tétrachlorure de silicium (SiCl4) qui pourrait être transformé en Si.

*Pour les silicates :

Les silicates des métaux alcalins seront utilisés principalement dans le domaine de l'environnement particulièrement pour le traitement des rejets industriels (solide, liquide et gazeux). En effet, nous avons réussi dans notre laboratoire à transformer totalement le phosphogypse (rejet solide) en silicate de calcium et sulfate de sodium (Brevet TN2016/0430). Ainsi, nous allons poursuivre les recherches sur la valorisation des silicates dans le domaine de matériaux de construction (ciment, brique silico-calcaire, céramique, etc.). De plus, des essais préliminaires ont montré que ce produit est un excellent adsorbant de colorant et de CO2. D'autre part, des études préliminaires sur le traitement de la margine (rejet liquide) dont les quantités en Tunisie est de 1 à 1,5 million m3/an, ont montré une transformation de ce rejet en gel puis en solide après seulement quelques jours à la température ambiante. Le produit obtenu est beaucoup moins toxique que la margine (80% selon les tests de cytotoxicité et phytotoxicité). Suite à ces résultats, nous allons optimiser le procédé de traitement de la margine par le silicate de métal alcalin et soumettre ainsi un projet de valorisation de ces résultats de recherche (VRR). De même, pour contribuer à limiter l'effet de serre des polluant gazeux sur notre planète, nous avons effectué des essais qualitatifs de rétention des gaz toxiques (SOx, NOx, H2S, CO2, ...) par ce silicate montrant une bonne rétention. Ce résultat nous a encouragé à poursuivre et à approfondir les études d'optimisation quantitative des gaz retenus par ce matériau. Un test sur un cas réel de l'industrie sera envisageable pour que ce travail sera transformé en un projet de valorisation industriel.

*Pour la silice :

La large gamme d'application de la silice et ses dérivées sous différents formes (gel, poudre, précipité etc.) a permis d'accéder aux domaines végétaux, médical et énergétique. En effet, des travaux de collaboration avec le Laboratoire des Plantes Extrêmophyles du CBBC a montré l'efficacité de la silice à alléger le stress subi par les plantes (culture hydroponique) en milieu salin ou en présence d'une toxicité métallique. Les résultats obtenus sont très satisfaisants et nous encouragent à continuer cette collaboration par des études au sol (au laboratoire et dans un champ réel) en optimisant le choix de la forme de la silice, sa quantité etc. Par ailleurs, la préparation de la silice nanométrique, fonctionnalisée et/ou creuse (notre Brevet TN2012/0339) sont des axes d'intérêt à cause de leurs applications dans les domaines de la catalyse et médical (vectorisation des médicaments). De plus, la préparation des silicates de métal de transition pour l’application dans le domaine des accumulateurs (batterie au lithium..), la préparation des phosphosilicates dopés ou non pour les verres et la préparation des silicates de métal alcalinoterreux à partir des sels océaniques (valorisation des saumures naturelles Tunisiennes) pour l’application dans le domaine de céramique, liants hydrauliques et béton cellulaire seront des axes à développer davantage dans notre laboratoire étant l'intérêt économique de ces applications. Outre cet aspect basé sur la transformation chimique, les sables siliceux dont la teneur en SiO2avoisine 95% peuvent être valorisés sous forme de Briques silico-calcaires dont les propriétés physiques et mécaniques leurs permettent des applications diverses : isolant thermique, isolant phonique, coupe-feu et briques porteuses.

PROJET 2

Titre du projet: Valorisation des saumures : Extraction des sels à haute valeur ajoutée

- Equipe impliquée

 

Nom du responsable du projet :

Grade :

Ahmed Hichem Hamzaoui

Professeur

Nom des enseignants-chercheurs impliqués :

Grade :

Halim Hammi

Maître assistant

Radouanne Fezei

Maître assistant

Mouna Jaouadi

Maître assistante

Ferid Hajbi

Maître assistant

Mondher Yahya

Assistant

Kais Djebali

Ingénieur en chef

Fatma Habbachi

Ingénieure en chef

Nom des doctorants à mobiliser dans le cadre du projet :

Brahim Hassini

 


- Résumé et objectifs

Les saumures naturelles, les saumures des puits de pétrole et les saumures de rejet des stations d’osmose inverse, renferment des ions majeurs Na, K, Mg, Cl, SO4et peuvent être assimilées à un système quinaire. Les sels dissous peuvent être extraits par évaporation solaire, précipitation chimique ou par addition d’anti-solvants. Dans le cadre de ce projet, des procédés d’extraction s’appuyant sur des phénomènes physico-chimiques connus (évaporation, précipitation, addition de solvants organiques) seront étudiés pour la récupération de sels sodiques, potassiques, magnésiens et des sels de lithium. Une attention particulière pour le Li dans la saumure d'un puit de pétrole sera à considérer à cause de la teneur importante de cet élément dans cette solution. Par conséquent, cette saumure peut être considérée comme un gisement de lithium pour la Tunisie.

Les sels à base de potassium :

Les sels de potassium sont des fertilisants très utiles et représentent des composants qui viennent compléter la gamme produite en Tunisie (fertilisants phosphatés et fertilisants azotés). Généralement, le K2SO4et KCl ne sont pas obtenus directement par évaporation mais après transformation des sels doubles chlorurés ou sulfatés de Mg et K ou Na et K précédé par l’élimination de NaCl par des procédés physiques déposés lors d'une évaporation solaire.

Les sels à base de magnésium :

Le chlorure de Mg trouve ses applications essentiellement dans la production électrolytique du magnésium et dans l’industrie des matériaux de construction (mélange de MgCl2.6H2O + MgO dans le ciment Sorel). Il est à noter que la production mondiale de MgCl2dépasse 520,000 t/a. Cette production se fait à partir de l’eau de mer, des saumures naturelles et des saumures résiduelles de l’industrie de la potasse. Le sulfate de Mg est utilisé dans l’industrie de fabrication du sulfate de potassium à partir du chlorure de potassium. Sous forme de kiesérite, il est utilisé comme fertilisant et également dans l’industrie du textile. On le trouve aussi dans les matériaux de construction, les matériaux réfractaires et dans l’alimentation animale. La production mondiale est de l’ordre de 2,3x106t/a. L’oxyde de magnésium est fabriqué essentiellement à partir de l’eau de mer des saumures naturelles. L’oxyde de magnésium est utilisé dans la fabrication du ciment Sorel.

Les sels à base de lithium :

Le carbonate de lithium est industriellement le composé de lithium le plus important. Il constitue le matériau de base à tous les autres sels de lithium. Il est formé par les procédés de mise en œuvre des minerais de lithium et des saumures. À partir des saumures, le procédé consiste à évaporer la solution de chlorure de lithium à purifier et à le convertir en carbonate de lithium sous l’action du carbonate de sodium. Les applications du carbonate deLi sont : la fabrication de Al, l’industrie des verres et des céramiques techniques, la médecine, et comme intermédiaire pour la fabrication des autres sels de Li. Le lithium est un élément de base pour la fabrication des piles au lithium qui seront utilisés pour le stockage des énergies renouvelables ou dans les nouvelles générations de voitures.

PROJET 3

- Titre du projetMatériaux pour l’énergie et l’environnement

- Equipe impliquée

 

Nom du responsable du projet :

Grade :

Mohamed Triki

Maître de conférences

Nom des enseignants-chercheurs impliqués :

Grade :

Ahmed Hichem Hamzaoui

Professeur

Taeib Saied

Maître de conférences

Youssef Ben Smida

Maître assistant

Rim El Wej

Maître assistante

Chiraz Gannoun

Maître assistante

Mehdi Ismail

Maître assistant

Mouna Jaouadi

Maître assistante

Fatma Jlaiel

Maître assistante

Zeineb Seboui

Maître assistante

Mondher Yahya

Assistant

Anis Chaouachi

Ingénieur en chef

Adnene Midouni

Postdoc (MOBIDOC)

Haythem Barrak

Postdoc (MOBIDOC)

Marwa Mokni

Postdoc (MOBIDOC)

Nom des doctorants à mobiliser dans le cadre du projet :

Besma Marzougui

Hédia Yaakoubi

Amani Ayadi

Wafa Aidli

Walid Boukhriss

Narjes Achouri Hadhri

Imed Bouzazi

- Résumé et objectifs

1/ Piles et supercondensateurs :

La mise au point des électrodes pouvant être des composantes des piles au lithium, à sodium ou à combustible est une priorité incontestable pour contribuer à la résolution des problèmes énergétiques en Tunisie. En plus du rôle d'un générateur de courant de ces piles, le système à lithium est utilisé essentiellement pour le stockage des énergies vertes (solaire, thermique, éolienne etc.). Cependant, le développement des matériaux constituants ces systèmes (anode, cathode et électrolyte) peut être effectué soit par la recherche des nouveaux matériaux, soit par le développement des matériaux déjà connus. Cette contribution peut être réalisée au niveau de la synthèse du matériau et l’élaboration des couches minces ou au niveau des dopages et des substitutions. Les matériaux choisis dans ce projet sont :

  • Les silicates et/ou les phosphates de lithium de métaux de transition de formule générale

LiM1-xM’x(P1-ySiy)O4tels que les silicates et/ou les phosphates de lithium de fer(II) (LiFeSiO4-LiFePO4) pour les utiliser dans les piles au lithium. Ces composés sont connus comme des cathodes prometteuses pour les batteries Li rechargeables étant donné leur capacité élevée, leur grande stabilité, leur non-toxicité et leur faible coût.

  • Les oxydes de lithium-titane obtenus à partir de l’hydrogénotitanates pour la pile au lithium
  • Les matériaux à base de sodium et à charpente polyanionique Na-M-X-O (M=métal de transition, X=P, As, V) utilisés dans les accumulateurs de sodium.
  • Les matériaux de formule générale LnXO4(Ln : terre rare ; X= Cu, Ni, etc.) qui sont des conducteurs ioniques, lorsqu'ils sont activés thermiquement, plus particulièrement les cuprates de lanthane (La2CuO4-δ), dopés ou non, pour la pile à combustible.
  • Les pérovskites de formule générale LnBO3en particulier LaMnO3pour la pile à combustible et les systèmes magnéto-calorifiques. En effet, des études préliminaires ont montré que ces pérovskites préparées dans notre laboratoire, présentent des performances magnétiques et électriques très encourageantes.
    • Les oxydes à base d'argent et d'aluminium AgAlO2, dopé ou non, de formule générale ABO2seront aussi étudiés pour les utiliser comme anodes dans les piles au lithium ou à combustible.
    • Le charbon actif, obtenu à partir de différentes sources, le carbure de silicium et le Si déposé sur du carbone (purification du sable par la méthode électrochimique : projet 1) seront aussi étudiés et valorisés dans les domaines des supercondensateurs et des piles.
    • Les composites à base d'oxyde de cérium et de carbonate ou d'hydrogénocarbonate de métal alcalin tel que Ce0.8Pr0.2O2-δ@Li2CO3seront utilisés comme électrolytes dans les piles à combustible étant donné ses particularités électriques.

Pour les supercondensateurs, une attention particulière sera réservée au charbon activé à partir de différentes sources. Ce matériau sera étudié dans la rétention des métaux lourds, des colorants et des molécules pharmaceutiques tels que les résidus d'antibiotiques. Ces applications seront aussi testées en présence des composites à base d'oxyde de cérium. D'autre part, et dans le cadre de la préservation de l'environnement, l'utilisation de la photocatalyse hétérogène en phase liquide sera développée en utilisant des matériaux à base de TiO2et WO3. Le choix de ces matériaux est basé d'une part sur les résultats des études préliminaires réalisées dans notre laboratoire qui ont montré des propriétés physicochimiques (structurales, électriques et électrochimiques) intéressantes.

2/ Nouvelle génération de cellule photovoltaïque :

Le véritable enjeu du photovoltaïque est de réduire le coût du kilowattheure produit. Le silicium offre actuellement le meilleur rendement, mais sa purification et son traitement conduisent, jusqu'à présent, à des coûts très élevés en énergie, en plus de la toxicité élevée de son procédé de fabrication (carbothermique). Par conséquent, la nécessité de développer de nouveaux matériaux moins coûteux sera d’une grande priorité scientifique et industrielle. A cet effet, les cellules solaires organiques à colorant ou cellules de Grätzel (peu onéreuses et moins énergivores) pourrait remédier à ces inconvénients. C'est un système photo-électrochimique à base de dioxyde de titane (TiO2) nanocristallin photo-sensibilisé par un colorant qui capte la lumière solaire dont le rendement de conversion de l'énergie solaire atteint désormais plus de 13%. Le développement de ces cellules solaires est très intéressant de point de vue économique pour les pays à fort taux d’ensoleillement et de faible coût du mètre carré de terre. Le rapport rendement/coût de fabrication est nettement en faveur de ce genre de cellules. Les travaux de recherche à mener dans cette partie ont pour objectif l’amélioration du rendement de ces cellules en minimisant les phénomènes de recombinaison et l’effet du couplage avec d’autres semi-conducteurs tel que le WO3et en cherchant le colorant convenable. Le développement de cet axe sera réalisé en collaboration avec le CRTEn et le laboratoire de Chimie Moléculaire et Matériaux (C2M) de l'Université de Bordeau en France.

3/ Recyclage de la pile et de la batterie au lithium :

L'évolution démographique dans le monde est en plein expansion. Celle ci est accompagné obligatoirement par une évolution exponentielle des besoins de ces consommateurs essentiellement dans le domaine énergétique. Etant donné que la dégradation des sources fossiles dans le monde dans un prochain avenir, les énergie renouvelables et écologiques se sont alors imposés progressivement pour résoudre ce problème stratégique. Parallèlement, les évolutions technologiques dans ce domaine sont en plein essors plus particulièrement dans le domaine de stockage d'énergie à savoir les batteries au lithium et SOFC. Cependant, la rareté des ressources des éléments chimiques des constituants de ces accumulateurs (Li, Ni, Co, Mn, Cu, etc.) et leurs coûts de revient en croissance continus (Li2CO399%: de 5000 $/t le 01/2006 à 15000 $/t le 09/2018, et le Co 99%: de 24000 $/t le 01/2006 à 80000 $/t le 01/2018), l'économie circulaire sera pour plusieurs pays, notamment ceux en développement, une alternative très encourageante à saisir et à développer pour combler en partie le problème de la disponibilité de ces matériaux à fin de développer notre batterie Tunisienne et minimiser le maximum possible notre dépendance de l'étranger. Dans cette perspective, nous allons entamer dans cette partie la récupération de ces éléments à partir des batteries en lithium usées (voiture, portable, etc.). A fin d'atteindre cet objectif, nous allons utiliser dans une première étape les méthodes physiques pour améliorer l'efficacité du recyclage. Elles comprennent généralement le démantèlement, le broyage, le tamisage et le traitement thermique et mécanochimique. Par contre, la deuxième étape se base sur les méthodes chimiques à voie sèche (pyrométallurgie) et/ou la voie humide (hydrométallurgie). En générale, il est à noter qu'une batterie Li-ion typique comprend environ : 7% Co; 7% Li, 4% Ni; 5% Mn; 10% Cu; 15% Al, 16% graphite et 36% d'autres matériaux. Parmi ces derniers, l'électrolyte qui sera aussi l'un de nos préoccupations étant donné qu'il peut contenir des composés organiques et inorganiques (tel que le LiPF6) dont leurs impacts environnementaux sont approuvés.

4/ Chimie théorique et modélisation :

Les méthodes de chimie théoriques (théorie fonctionnelle de la densité DFT et la dynamique moléculaire MD) et les modèles de simulation sont des outils très importantes dans ce projet car ils permettent de : prédire et expliquer les phénomènes observés, orienter la recherche et minimiser le nombre d’expériences. Pour cela, Les chercheurs travaillant dans cette partie vont essayer d’intervenir dans les autres projets par le calcul des énergies d’activation et des propriétés physicochimiques des matériaux étudiés en utilisant des programmes comme : Caste, Gulp, DMol3, Vasp, WIEN2k. L'objectif visé est l'application et la mise en marche de code USPEX qui est capable de prédire les possibilités des trouver des nouveaux matériaux capables de répondre à nos objectifs énergétiques.


PROJET 4

Titre du projet: Matériaux de construction et matériaux composites

- Equipe impliquée

 

Nom du responsable du projet :

Grade :

Ahmed Hichem Hamzaoui

Professeur

Nom des enseignants-chercheurs impliqués :

Grade :

Montassar Zrida

Maître assistant

Halim Hammi

Maître assistant

Mehdi Ismail

Maître assistant

Radouanne Fezei

Maître assistant

Nom des doctorants à mobiliser dans le cadre du projet :

Ismahen Zâafouri

Ihsen Alaya


- Résumé et objectifs

Ce projet de recherche comporte deux principaux axes : Les matériaux de construction et les matériaux composites, ce dernier est scindé en deux sous axes regroupées à savoir les polymères à renforts naturels et les biopolymères.

L’axe des matériaux de construction, comporte deux sous axes : Valorisation des déchets industriels et des produits issus de la biomasse et des déchets des sous-produits agricoles en tant que granulats ou en tant qu’ajouts cimentaires. Ainsi, un certain nombre de sous-produits sont susceptibles d’être ajoutés dans les mortiers et bétons.

Le deuxième sous axe c’est les ciments magnésiens et les ciments phosphomagnésiens dont les matières premières (oxyde de magnésium, chlorure de magnésium, sulfate de magnésium) sont des sels récupérables d’une source naturelle très abondante qui sont les saumures naturelles.

Les matériaux composites sont à base de polymères comme matrice avec des renforts de différentes origines et types. Outre les polymères classiques, les polymères recyclés et bio polymères sont étudiés : procédés

d’élaboration, de mise en forme, résistance et comportement mécanique, déformation et caractérisation rhéologique.