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Contexte et enjeux

Le compostage avec des déchets verts et l’utilisation comme amendement organique constitue actuellement le principal débouché des boues de station d’épuration. Toutefois, le volet agricole de la feuille de route sur l’économie circulaire (FREC) souhaite des innovations dans les technologies de recyclage des nutriments sous forme minérale à partir de matières issues du recyclage telles que les boues. La méthanisation (ou fermentation anaérobie) constitue une première étape dans ce schéma de valorisation. Il s’agit d’un procédé biologique permettant de convertir les boues en biogaz, source d’énergie renouvelable, et un digestat (brut) riche en azote, phosphore, potassium et matières organiques. De plus, afin d’améliorer les performances de conversion en biogaz, les boues peuvent subir des prétraitements d’hydrolyse thermique qui conduisent à une forte dissolution de la matière organique et une augmentation de la DCO soluble dans les effluents de méthanisation. Cette dernière peut gêner la valorisation de la phase liquide des digestats.

Les digestats bruts issus de procédés de méthanisation en voie humide font l’objet d’une séparation de phase mécanique (par presse à vis, centrifugeuse, tamis…) permettant l’obtention d’un digestat liquide et d’un digestat solide. Bien que très souvent accompagnée d’un ajout de coagulants/floculant, cette ultime séparation liquide/solide, assurée par décantation ou filtration, reste délicate et nécessiterait ainsi d’être optimisée.

La démarche d’optimisation pourrait porter notamment sur le développement de coagulants/floculants spécifiquement adaptés aux propriétés et caractéristiques physico-chimiques des digestats.

Dans ce cadre, l'utilisation de biopolymères fonctionnalisés peut s’avérer d’un grand intérêt à deux points de vue : d’une part, il s’agit d’utiliser des produits naturels caractérisés par une innocuité environnementale nécessaire à une valorisation pertinente et, d’autre part, il s’agit de proposer une fonctionnalisation caractérisée  par une répartition, un type et un nombre de groupements fonctionnels permettant d’augmenter la spécificité des interactions avec les matières en suspension.

Objectif

L’objectif de ce travail est d’étudier et d’optimiser l’efficacité potentielle d’un coagulant/floculant biosourcé sur la séparation des phases liquide et solide de digestats liquides dans un objectif de valorisation optimale des matières fertilisantes.

Dans un premier temps, le coagulant sera synthétisé par fonctionnalisation de chitosane (issu de crustacées ou d’insectes). L’intérêt de cette fonctionnalisation sera testé sur différents types de digestats dont l‘aptitude à décanter et à être filtrés sera évaluée. Des mesures du potentiel zêta, l’estimation du temps de succion capillaire (CST), des analyses rhéologiques et granulométriques accompagneront ces essais. A cette évaluation sera couplée une analyse biochimique des surnageants ou filtrats obtenus (MS, MES, DCO, COT, CI, pH, Espèces ioniques (P, K, Ca, Mg, S, Na), Azote (NTK, Norganique, NH₄⁺, NH₃ …) afin d’estimer le potentiel de valorisation du digestat séparé.

La/le candidat(e) sera en contact avec les chercheurs des 3 unités de recherche impliquées dans le projet, i.e. le Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement, l’UMR QualiSud et l’Institut Charles Gerhardt.

L’objectif de cette thèse est d’étudier et d’optimiser l’efficacité potentielle d’un coagulant/floculant biosourcé sur la séparation des phases liquide et solide de digestats liquides dans un objectif de valorisation optimale des matières fertilisantes.

Dans un premier temps, le coagulant sera synthétisé par fonctionnalisation de chitosane (issu de crustacées ou d’insectes). L’intérêt de cette fonctionnalisation sera testé sur différents types de digestats dont l‘aptitude à décanter et à être filtrés sera évaluée. Des mesures du potentiel zêta, l’estimation du temps de succion capillaire (CST), des analyses rhéologiques et granulométriques accompagneront ces essais. A cette évaluation sera couplée une analyse biochimique des surnageants ou filtrats obtenus (MS, MES, DCO, COT, CI, pH, Espèces ioniques (P, K, Ca, Mg, S, Na), Azote (NTK, Norganique, NH₄⁺, NH₃ …) afin d’estimer le potentiel de valorisation du digestat séparé.

La/le candidat(e) sera en contact avec les chercheurs des 3 unités de recherche impliquées dans le projet, i.e. le Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement, l’UMR QualiSud et l’Institut Charles Gerhardt.

Conditions

Prise de fonction

01/10/2020 (sous réserve de validation administrative)

Financement

Financement public français, sur projet financé par l’Agence de l’Eau (Agence de l'eau Rhône Méditerranée Corse).

Lieu

Ce travail se déroulera sur 2 lieux de travail : Montpellier et Narbonne (Occitanie – France). Le/la candidat(e) travaillera ainsi sur les sites respectifs des équipes de recherche impliquées :

• LBE INRA
• UMR Qualisud
• ICG Montpellier

Profil du candidat

Ingénieur ou Master en Génie des procédés, Génie chimique et Sciences de l’environnement. Une expérience, ou une formation de base, en chimie générale serait un atout.

Curiosité et rigueur scientifiques, gout pour le travail en équipe et pluridisciplinaire, bon niveau en anglais (rédaction d’articles scientifiques et communications en congrès internationaux).

Candidature

Date limite de candidature : 04/09/2020

Contact: Hélène Carrère , LBE INRA, helene.carrere (at) inra.fr

Christelle Wisniewski, UMR QualiSud, christelle.wisniewski (at) umontpellier.fr