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Thèse de doctorat en Modélisation des processus de bioremédiation et leur signature électrique dans la zone non saturée H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 18 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR7327-MARROU0-023
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : mercredi 27 avril 2022
Nom du responsable scientifique : SOULAINE Cyprien
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les contaminations dues à l'activité anthropique fragilisent grandement les sols, sédiments et eaux souterraines. Ces pollutions résultent par exemple d'accidents industriels ou de fuites dans les réservoirs de stockage. En France, plus de 7000 sites sont aujourd'hui répertoriés comme étant fortement pollués par des métaux lourds, des nitrates et des polluants organiques persistents (e.g. les phases liquides non-aqueuse-NAPLs, pesticides). Parmi ces derniers, les solvants chlorés (Dense NAPLs) et les produits pétroliers (Light NAPLs) sont connus pour être toxiques et cancérigènes pour l'homme. La contamination des sols et aquifères par les NAPLs endommagent durablement les écosystèmes et les eaux souterraines. Les Light-NAPLs flottent à la surface de la nappe souterraine car ils sont moins denses que l'eau. Ils sont hautement volatiles et leur dégradation naturelle est très lente. Dans un contexte de transition écologique, il est aujourd'hui crucial de développer des méthodes de remédiation efficaces et durables pour nettoyer les sites contaminés par les NAPLs.
La biorémédiation in-situ, également appelée atténuation naturelle, est une méthode largement employée pour restaurer les environnements pollués par des hydrocarbures pétroliers car elle est respectueuse de l'environnement et économiquement intéressante. L'approche consiste à modifier les conditions environnementales (e.g., pH, temperature, teneur en eau, salinité, apport en oxygène et nutriments) afin de stimuler la croissance de microorganismes qui vont dégrader les polluants organiques en des composés moins toxiques et entrainer la remobilisation des contaminants piégés dans la zone non-saturée.
Cette thèse de doctorat propose de développer des modèles multi-échelles mécanistiques prenant en compte les processus de biodégradation des phases liquides non-aqueuses sur une large gamme de paramètres (e.g. pH, débit, composition de l'eau, et microstructure du milieu). Le candidat considérera la migration, le piégeage et la remobilisation de gouttelettes de contaminant ainsi que les mécanismes de biodégradation et les aspects électrostatiques. Il adoptera une stratégie multi-échelle. A l'échelle du pore, il adaptera la technique de Continuous Species Transfer pour modéliser le changement de volume des gouttelettes lors de réaction bio-géochimique à l'interface entre le contaminant et l'eau. Le candidat utilisera le simulateur multi-échelle (i.e. échelle du pore, échelle hybride et échelle du terrain) basé sur OpenFOAM et développé au sein d'équipe de Recherche sur les Milieux Poreux de l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans. Il considérera les processus de biodégradation et les évènements électrostatiques en couplant cette plateforme avec le code de géochimie PHREEQC. Le modèle numérique multi-échelle sera comparé à des données expérimentales haute-résolutions (e.g. microfluidique et mesures sur site) obtenues par ailleurs. La simulation de la réponse du système poreux à un courant alternatif permettra de mieux interpréter la signature géophysique mesurée sur les sites pollués.

Contexte de travail

Ce poste est basé à l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO), une unité mixte de recherche associant l'Université d'Orléans, le CNRS et le BRGM. L'équipe de Recherche sur les Milieux Poreux détient une expertise reconnue dans le domaine des écoulements en milieu poreux, notamment grâce aux développements de modèles numériques multi-échelles ainsi qu'à sa plateforme expérimentale microfluidique pour les géosciences permettant de caractériser les processus hydro-géochimiques dans le sous-sol à partir de l'observation des écoulements réactifs à l'échelle du pore et du réseau de pores.
Cette thèse fait partie du programme de recherche IMAGE financé par l'Agence Nationale pour la Recherche. Le projet IMAGE a pour objectif de déchiffrer la signature électrique des processus associés à la bioremédiation. IMAGE est un consortium de partenaires académiques et industriels qui, outre l'ISTO, inclut le BRGM (service géologique national), Sorbonne Université, Geosciences Rennes et IRIS Instrument. Des échanges réguliers entre les partenaires sont à prévoir.

Informations complémentaires

Vous êtes titulaire d'un diplôme de Master 2 ou d'un diplôme d'ingénieur avec une formation en Dynamique des fluides, Ecoulements en Milieux Poreux, Calcul scientifique et vous avez une expérience acquise au travers de stages. Des connaissances en OpenFOAM, en programmation C++ et en géochimie sont un plus.
Dans le cadre de ce travail de thèse, le(la) doctorant(e) recruté(e) mobilisera ses compétences et qualités en matière d'autonomie, d'esprit d'initiative, de sens du relationnel, et de capacité de synthèse pour:
- Faire un état de l'art sur la théorie et les modèles numériques concernant la bioremédiation dans les milieux poreux non-saturés,
- Développer un simulateur multi-échelle en utilisant OpenFOAM et PHREEQC pour modéliser les mécanismes de bioremédiation et identifier les paramètres contrôlant les processus,
- Vérifier la capacité prédictive du modèle en comparant les résultats avec des données expérimentales hautement résolues obtenues par nos partenaires,
- Effectuer le changement d'échelle pour décrire les processus à l'échelle du site contaminé,
- Rédiger des publications scientifiques et participer à des congrès nationaux et internationaux.

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