Description du sujet de thèse

La condition préalable au développement d’un procédé de régénération solaire des CA est une évaluation systématique à l'échelle du laboratoire des performances du processus de régénération. Il s’agit de déterminer les conditions de fonctionnement les plus favorables (longueur d'onde d'irradiation, charge de CA, concentration en oxydant primaire, nature des polluants adsorbés …) et de comprendre les principes fondamentaux des mécanismes associés au processus de régénération. Il s'agit de développer des protocoles et de mettre en œuvre des techniques de caractérisation avancées qui permettront : (i) d’évaluer l'effet possible des espèces radicalaires sur les caractéristiques du CA (microporosité, chimie de surface) ; (ii) d'évaluer expérimentalement et de modéliser l’efficacité et la cinétique de régénération de CA saturés par des molécules représentatives des familles de contaminants émergents ; (iii) d'évaluer la régénération de CA saturés après utilisation dans les usines de production d'eau potable clientes de Jacobi Carbons ; ceci pour disposer d’un ensemble de données permettant le dimensionnement du prototype solaire. Ces études seront menées sur deux voies complémentaires : l’activation thermique du persulfate qui intervient dès 60°C pour la production de radicaux sulfates et la photo-activation du peroxyde d’hydrogène pour la production de radicaux hydroxyles. À la suite de ces études laboratoire, la seconde étape consistera à valider, pour l’option la plus performante et pour des CA commerciaux issus de stations de potabilisation, une régénération opérée sous rayonnement solaire naturel. Cette étape sera réalisée par des essais en extérieur sur un pilote dédié fonctionnant à une échelle réduite, mais représentative, avec des quantités de l’ordre de 1 à quelques kg de CA.
L’ensemble des caractérisations de la matière carbonée, l’ensemble des études de l’option persulfate seront réalisées à l’ICMN (Orléans), laboratoire d’accueil. Les essais de régénération avec le peroxyde d’hydrogène seront en partie menés au CEMHTI (situé à 10 min à pied sur le même campus CNRS). La mise en œuvre et la caractérisation du procédé de régénération solaire seront réalisées au laboratoire des Procédés, Matériaux et Energie Solaire (PROMES) à Perpignan au cours d’un séjour de 6 mois.

Contexte de travail

Ce doctorat se déroule dans le cadre du programme de recherche SACRE (Towards Solar Activated Carbon REgeneration) financé par l’agence nationale de recherche (ANR-24-CE51-4334). Ce programme de 4 ans a démarré en janvier 2025. Il regroupe 5 laboratoires académiques : ICMN Orléans, CEMHTI Orléans, HYDROSCIENCES Montpellier, ICOA Orléans et PROMES Perpignan qui ont des expertises qui couvrent les domaines des matériaux carbonés et leurs caractérisations, des procédés et mécanismes d’oxydation avancée, des micropolluants, de leurs analyses et leur quantification et de l’ingénierie solaire. L’entreprise Jacobi Carbons Groups France, producteur et fournisseur de carbones activés à échelle mondiale pour de très nombreuses applications incluant traitement des eaux usées et potabilisation, fait également partie du consortium du PRCE SACRE (Projet de Recherche Collaborative - Entreprise).

Contraintes et risques

Pas de contraintes particulières