Doctorant (H/F) en génie des procédés pour la valorisation énergétique des gaz d'électrolyse générés lors du traitement des eaux usées

Description du Poste

Sujet De Thèse

Titre de thèse : « Systèmes électrochimiques auto-alimentés par micro-turbines à gaz pour le traitement durable des eaux contaminées »

Thèse financée dans le cadre du programme conjoint CNRS–Université de Sherbrooke sur les technologies durables pour l'eau et l'énergie.

1. Contexte scientifique
La raréfaction des ressources en eau et la présence croissante de polluants émergents (résidus pharmaceutiques, pesticides, perturbateurs endocriniens, composés per- et polyfluoroalkylés – PFAS) constituent des défis majeurs pour les sociétés modernes. Malgré les progrès réalisés dans le domaine du traitement des eaux usées, de nombreux contaminants persistent après les traitements conventionnels et menacent les écosystèmes aquatiques ainsi que la santé humaine.
Les procédés électrochimiques avancés figurent aujourd'hui parmi les technologies les plus prometteuses pour la dégradation de ces polluants récalcitrants. Ils permettent de générer in situ des espèces oxydantes très réactives sans ajout de réactifs chimiques et peuvent conduire à une minéralisation complète des contaminants. Toutefois, leur déploiement à grande échelle demeure encore limité notamment par leur consommation énergétique.
Le projet international Turb'Eaux propose une approche innovante visant à transformer cette contrainte en opportunité. L'idée consiste à valoriser les gaz produits lors des traitements électrochimiques (hydrogène, oxygène et gaz halogénés) au moyen d'une micro-turbine capable de convertir leur énergie en électricité. À terme, cette stratégie pourrait permettre de réduire significativement la consommation énergétique nette du procédé et contribuer au développement de systèmes de traitement des eaux à faible empreinte carbone.

2. Objectifs de la thèse
Cette thèse d’une durée de 3 ans et financée par le CNRS, sera réalisée principalement au laboratoire GEPEA (UMR CNRS 6144) ; elle portera sur le développement d'un système électrochimique innovant capable de dégrader les polluants émergents tout en générant des gaz valorisables énergétiquement.
Les principaux objectifs scientifiques seront :
• Concevoir et optimiser un électrolyseur favorisant simultanément les transferts de matière, la dégradation des contaminants et la récupération des gaz ;
• Étudier l'influence des paramètres opératoires (densité de courant, géométrie du réacteur, composition des effluents, conditions hydrodynamiques) sur les performances de traitement et la production de gaz ;
• Caractériser qualitativement et quantitativement les gaz produits au cours de l'électrolyse ;
• Établir des corrélations entre efficacité de dépollution, rendement électrochimique et potentiel de valorisation énergétique ;
• Développer des modèles électrochimiques et hydrodynamiques couplés permettant de prédire le comportement du procédé ;
• Participer à l'intégration du système avec une micro-turbine à gaz développée par les partenaires canadiens afin d'évaluer la faisabilité d'un procédé partiellement auto-alimenté en énergie ;
• Contribuer à l'évaluation de l’efficacité énergétique globale de la technologie.

3. Méthodologie
Le doctorant ou la doctorante mènera des travaux expérimentaux et de modélisation combinant :
• électrochimie appliquée au traitement des eaux ;
• conception de réacteurs innovants ;
• caractérisation physico-chimique et électrochimique ;
• analyses de macropolluants et micropolluants dissous, ainsi que des gaz ;
• modélisation multiphysique et analyse de données ;
• intégration de procédés eau-énergie.
Les recherches porteront sur des effluents modèles puis sur des eaux usées réelles contenant des polluants émergents d'intérêt environnemental.

4. Profil recherché
Le ou la candidate devra être titulaire d'un Master (ou diplôme d'ingénieur), en génie des procédés. Une expertise en génie électrochimique, et/ou en génie de l’environnement, et/ou en génie énergétique, et/ou sur des disciplines connexes seront un atout.
Compétences recherchées :
• solides bases théoriques et expérimentales en génie des procédés ; des connaissances et expériences additionnelles en physico-chimie et/ou électrochimie et/ou chimie analytique et/ou chimie de l’eau seront un atout majeur ;
• goût pour le travail expérimental ;
• intérêt fort pour la modélisation/simulation, notamment en modélisation multiphysiques, et l'analyse de données ;
• autonomie, curiosité scientifique et capacité à travailler dans un environnement multidisciplinaire ;
• très bonne maîtrise de l'anglais.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera réalisée au sein du GEPEA (UMR CNRS 6144), laboratoire de référence en génie des procédés, notamment en génie électrochimique pour des applications environnementales comme le traitement et la réutilisation des eaux, ainsi que sur la valorisation des ressources inorganiques, organiques et énergétiques.
Le doctorant ou la doctorante intégrera une équipe reconnue internationalement pour ses travaux sur les procédés électrochimiques avancés, les réacteurs électrochimiques innovants, la réutilisation des eaux usées traitées, la valorisation des ressources et le changement d'échelle des procédés.
Le projet s'inscrit dans une collaboration stratégique entre le CNRS et l'Université de Sherbrooke (Québec, Canada), reconnue pour son expertise en micro-turbines à gaz, fabrication additive et conversion d'énergie.
La thèse se déroulera principalement en région nantaise. Des séjours scientifiques à l'Université de Sherbrooke seront organisés au cours des trois années de doctorat. Ces mobilités, représentant au total entre quatre à six mois cumulés, permettront notamment :
• de participer aux essais de couplage électrolyse–micro-turbine ;
• de contribuer au développement des modèles énergétiques ;
• d'accéder à des plateformes expérimentales complémentaires ;
• de renforcer les collaborations scientifiques franco-canadiennes.

Le projet bénéficie également d'un soutien industriel grâce aux collaborations des deux partenaires académiques avec des entreprises innovantes du secteur de l'eau en France et de l'énergie au Canada.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est forfaitaire à 2300,00 € brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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