PhD Candidate - Development and characterization of a multi-sensor platform for site monitoring

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Rejoindre Mines Saint-Étienne, c’est s’engager dans une institution où la science et l’innovation bâtissent un avenir plus durable. Une école d’excellence où chacun a l’opportunité de révéler son plein potentiel et de contribuer à relever les défis de demain.

Classée parmi les meilleures écoles d’ingénieurs en France et reconnue mondialement, notre école, membre de l’Institut Mines-Télécom, forme les talents de demain tout en contribuant activement à relever les grands défis industriels, numériques et environnementaux. Avec nous, vous intégrez une communauté de 500 collaborateurs, 2500 étudiants, et participez à un projet ambitieux : conjuguer excellence académique, recherche d’avant-garde et impact sociétal positif.

L’Institut Mines-Télécom fédère les grandes écoles françaises autour des défis industriels majeurs, numériques, énergétiques et écologiques. Avec ses 8 Grandes Écoles publiques et 2 écoles filiales, il est le premier institut public dédié aux ingénieurs et managers. Ensemble, nous imaginons et construisons un avenir durable, en formant les acteurs qui façonneront les transitions de demain.

À Mines Saint-Étienne, nos centres de recherche sont le cœur battant de notre École.

Pensés comme de véritables hubs d’innovation, nos cinq Centres de Formation et de Recherche articulent leurs expertises autour de grands enjeux industriels, environnementaux, sociétaux et technologiques.

Leur mission ? Imaginer le monde de demain en alliant excellence académique et impact concret.

Vous rêvez d’une industrie propre, efficace et durable ? Le centre SPIN en fait sa priorité.

Énergie, environnement, procédés industriels… on y conçoit des systèmes pour produire mieux, avec moins.

L’objectif ? Limiter l’impact environnemental, réduire la consommation énergétique et booster l’efficacité.

🔧 Dans un monde en pleine mutation, nos équipes déploient leur créativité scientifique pour accompagner l’industrie du futur. 

Et vous, prêt·e à innover à nos côtés ?

🎯 Ce que nous attendons de vous

En tant que doctorant, vous êtes au cœur de nos missions de recherche et innovation et, dans une moindre mesure de nos missions d’enseignement. Vous serez affecté au centre SPIN – LGF (Laboratoire Georges Friedel, UMR CNRS 5307). Au sein de ce centre, vous conjuguez passion scientifique et impact sociétal.

Le centre SPIN (Science des Procédés Industriels et Naturels), qui sera fortement impliqué dans la thèse, développe, au sein de Mines Saint-Etienne, son expertise dans le domaine du Génie des Procédés appliqué aux systèmes dispersés : grains, particules, gouttes, bulles, milieux poreux. Il possède également des compétences en développement de capteurs et d’instrumentation.

Les technologies de captage et stockage du CO2 sont des technologies clés pour la décarbonation du secteur industriel. Les stockages offshores ont déjà démontré leur faisabilité, mais les stockages onshores semblent nécessaires pour augmenter les capacités de stockage tout en réduisant le transport de CO2. Or, la proximité de ces sites avec les populations rend leurs déploiements incertains et soulève des questions relatives à l’acceptabilité sociale.

La surveillance à long terme des sites de stockage de CO2, exigée par la directive européenne CCS, constitue une opportunité pour renforcer la transparence et l’acceptation locale du stockage en engageant les parties prenantes dans l’acquisition et l’interprétation des données. Cependant, les systèmes actuels de surveillance ne permettent pas à la fois de réaliser des mesures in-situ, simulations numériques et visualisation interactive pour une approche du suivi intégrée des sites de stockage. Le projet CO2MET vise à développer et faire progresser des unités ou éléments clés pour préparer un futur système intégré de surveillance numérique à long terme améliorant la fiabilité et l’acceptabilité du stockage géologique de CO2.

Pour atteindre ces objectifs, le consortium CO2MET a été constitué et est composé de l'IFPEN, du BRGM, de Mines Saint-Etienne et de Cerema.

La surveillance à long terme nécessite des outils fiables et performants, notamment dans le domaine des capteurs environnementaux, ce qui soulève la question de la mise en œuvre de mesures correctives pour traiter le signal, ainsi que celle de l'influence des variations à long terme des paramètres externes sur la réponse des capteurs (et de l'impact du changement climatique). Étant donné que les signaux de concentration en CO₂ peuvent, à eux seuls, ne pas être suffisamment discriminants (les concentrations biologiques dans les sols pouvant dépasser 10 % vol.), compte tenu de leurs origines diverses (sources profondes, provenant du stockage ou de l’interaction gaz-roche ; processus de respiration ; oxydation du méthane), la prévention des faux positifs dans la surveillance des sites de stockage doit s'appuyer sur des capteurs de CO₂ (NDIR ou photoacoustiques) et sur d'autres capteurs (par exemple, un capteur chimique d'O₂), ainsi que sur des capteurs environnementaux (humidité, pression, température) afin de permettre une attribution correcte de la source de CO2.

Parmi les missions qui lui seront attribuées, le doctorant devra :

· Sélectionner des capteurs existants répondants aux spécifications afin de mettre au point une plateforme de détection 

· Etudier, en conditions de laboratoire, la sélectivité des capteurs vis-à-vis des espèces gazeuses interférentes, à l’aide d’une analyse multivariée

· Définir des algorithmes de prédiction tenant compte de la reproductibilité, de la dérive, de la linéarité et de la variabilité dans des mélanges gazeux complexes et des conditions environnementales variables (température, pression et humidité relative)

· Etudier l'influence du vieillissement des capteurs sur leur réponse et sur les prévisions établies, afin de proposer un algorithme de compensation

·  Enfin, mener des études de cas concrets sur le site de Sainte-Marguerite (Puy-de-Dôme), avec des niveaux d'émissions de CO₂ variables, afin de tester et de valider les plateformes de capteurs développées.

Votre capacité à travailler en mode projet et à faire dialoguer enseignement, recherche et application concrète sera essentielle pour réussir.