Thèse : Compréhension des mécanismes de colmatage et évaluation des méthodes de remédiation des filtres plantés pour le traitement des eaux usées

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Environnement de travail : l’unité de recherche de rattachement où vous effectuerez principalement votre activité est REVERSAAL du centre INRAE de Lyon-Villeurbanne. Cette unité de recherche (UR) travaille sur le traitement et la valorisation des eaux usées (https://reversaal.lyon-grenoble.hub.inrae.fr/). Dans le cadre de ces recherches, REVERSAAL s’intéresse notamment au suivi des installations de traitement des eaux résiduaires, en milieu rural ou urbain. Cette thèse sera co-encadrée par le laboratoire DEEP de l’INSA Lyon dans le cadre des activités du pôle commun de recherche RESEED et du GIS EEDEMS, avec des temps d’accueil dédiés. Vous serez rattaché à l’Ecole Doctorale 206 « Chimie, Procédés, Environnement ».
Contexte de la thèse : la technologie de traitement des eaux usées par filtres plantés de roseaux à écoulement vertical (FPRv) constitue le procédé la plus répandu pour les petites communes (~20% du nombre de stations de traitement des eaux usées en France, soit environ 6 000 installations, dont environ 11 % ont plus de 20 ans en 2024). Cette technique est également très répandue à l’international. Adaptée spécifiquement pour les petites collectivités, cette filière végétalisée durable et résiliente mime les processus biologiques se produisant dans les zones humides afin de traiter les effluents et, grâce aux bénéfices écosystémiques associés, ils sont classés dans la catégorie des « solutions fondées sur la nature ». 
Un des défis actuels associé à cette technologie est la compréhension des mécanismes de colmatage des granulats des massifs filtrants, qui conduisent au dysfonctionnement de la filtration et la fin de vie de la station. Il est donc nécessaire d’élaborer des stratégies de réhabilitation de ces ouvrages. Malgré l’enjeu financier considérable, il n’existe aucune connaissance et méthode pour caractériser les ouvrages vieillissants, prévenir et résorber l’accumulation du dépôt dans le massif filtrant, ni d’alternative à la mise en décharge des matériaux, en favorisant par exemple le nettoyage et le réemploi.

La thèse proposée, co-financée par l'office français de la biodiversité (OFB) et l’INRAE, a pour objectif de caractériser en détails le colmatage des milieux poreux mis en œuvre en FPRv, puis de développer une ou des technique(s) de décolmatage simple. Après une analyse bibliographique, un travail expérimental sera mené en conditions contrôlées, à deux échelles : en colonnes de laboratoire et en pilotes de taille semi-industrielle (2 m²). Ces expériences permettront de valider la faisabilité technique et de quantifier l’efficacité des méthodes afin de prédire leur performance à pleine échelle. Différentes méthodes de réhabilitation seront testées (parmi des solutions biologiques, chimiques et mécaniques identifiées) pour en déterminer les performances et les limites.

L’issue finale est de mieux comprendre le colmatage des granulats de FPRv et d’apporter des premières informations sur les techniques de décolmatage, pour guider les opérateurs de terrain et les financeurs au niveau national et international sur les voies de réhabilitation pertinentes.

Dans cette thèse, vous serez plus particulièrement en charge de :
1.    Réaliser une étude bibliographique sur les phénomènes de colmatages physiques, chimiques et biologiques des granulats, les mécanismes de minéralisation et de lixiviation du dépôt au sein des filtres, la déshydratabilité du dépôt de surface, les techniques de décolmatage de ces granulats, le potentiel de valorisation des granulats après décolmatage et le réemploi possible. 
2.    Tester en colonnes et en pilotes des techniques et des protocoles de décolmatage identifiés dans la bibliographie pour identifier les avantages/inconvénients, les performances de nettoyage atteignables et les sous-produits générés.
3.    Tester la maturation ex-situ de granulats colmatés sur une plateforme dédiée. 
4.    Rechercher des solutions alternatives au scénario actuel « excavation et mise en décharge des granulats et réhabilitation avec des matériaux neufs » afin de valoriser les ressources par le réemploi des granulats in-situ (dans le filtre planté) ou ex-situ (en génie civil) après nettoyage de la matière colmatante. 
5.    Valoriser les résultats scientifiques dans des conférences nationales/internationales et dans des revues scientifiques.  

Conditions particulières d’activité : 
-    Les expérimentations se dérouleront soit dans les salles d’expérimentation des laboratoires, soit au hall de recherche de la Feyssine (situé à 1,5 ou 2 km des locaux des unités).
-    Accès aux bases bibliographiques nationales et internationales. 

Formations et compétences recherchées

Formation recommandée : diplôme d’ingénieur ou master 2 en génie des procédés ou bioprocédés ou chimie de l’environnement ou géochimie de surface.
Connaissances souhaitées : procédés de traitement des eaux usées, caractérisation de la matière organique, compréhension des processus biologiques. 
Expérience appréciée : une première expérience dans le domaine de la recherche serait un plus.
Aptitudes recherchées : goût prononcé pour le travail expérimental, esprit d’équipe, rigueur expérimentale.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation