Thèse en Développement de filtres réactifs garnis de matériaux réactifs pour la rétention et la valorisation du phosphore dans les filtres plantés de roseaux : une approche circulaire. Projet ASTREAUX-P

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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

L’unité de recherche (UR) REVERSAAL (Réduire, réutiliser, valoriser les ressources des eaux résiduaires) d’INRAE Centre de Lyon-Grenoble-Auvergne Rhône-Alpes travaille principalement sur le traitement et la valorisation des eaux résiduaires (https://reversaal.inrae.fr/).

Les eaux usées renferment des ressources précieuses, notamment en carbone, azote et phosphore, dont la valorisation s’inscrit dans une logique d’économie circulaire. Face à cet enjeu, les stations d’épuration évoluent pour devenir de véritables unités de récupération des ressources, conciliant efficacité épuratoire et réutilisation des nutriments tout en respectant les normes environnementales.
Les filtres plantés de roseaux (FPR), largement utilisés pour le traitement des eaux usées, montrent cependant des limites dans la rétention du phosphore. Pour pallier cette insuffisance, l’intégration de filtres réactifs en sortie de FPR apparaît comme une solution prometteuse. Ces filtres, constitués de matériaux réactifs, visent à capter durablement le phosphore et à en stabiliser les formes physico-chimiques en vue d’une éventuelle valorisation.
Dans ce contexte, le projet ASTREAUX, financé par l’ADEME, associe l’équipe REVERSAAL de l’INRAE et deux PME spécialisées, Ecofilae (réutilisation des eaux usées) et EcoBIRD (traitement écologique de l’eau), afin d’optimiser et d’intensifier les procédés épuratoires. Son ambition est notamment d’évaluer et d’optimiser ces filtres réactifs, en s’appuyant sur des expérimentations en conditions dynamiques permettant de tester leurs performances et d’affiner leur dimensionnement.
Ce programme de recherche appliquée repose sur des essais expérimentaux, la modélisation des processus et une évaluation technico-économique. Une attention particulière est portée à la rétention du phosphore et à la compréhension des mécanismes de sorption et de précipitation, en tenant compte des contraintes hydrauliques, des variations de charge et des effets du vieillissement des matériaux réactifs.
Dans ce cadre, une thèse est proposée visant à étudier en profondeur les mécanismes de rétention du phosphore dans ces filtres réactifs, en conditions dynamiques, et à établir des bases de dimensionnement pour leur intégration dans des systèmes de traitement à plus grande échelle, ainsi que leur potentiel de valorisation agronomique.

Vous serez plus particulièrement en charge de :
Évaluer les performances des matériaux réactifs en conditions dynamiques à l’échelle laboratoire : des essais en colonnes instrumentées seront menés pour analyser les capacités de sorption du phosphore (adsorption et précipitation). Deux types de matériaux seront comparés : des matériaux neufs (pour évaluer les performances initiales selon les paramètres opératoires : débit, temps de contact, charge hydraulique et organique) et des matériaux prélevés sur des installations en fonctionnement (pour évaluer l’impact du vieillissement sur la rétention et les performances hydrauliques – colmatage, porosité).
Caractériser les mécanismes physico-chimiques de rétention du phosphore en conditions dynamiques et à l’équilibre : des isothermes d’adsorption et des tests de lixiviation seront réalisés en complément des essais en colonnes, afin de mieux comprendre les processus d’interaction entre le phosphore et les matériaux. Les matériaux seront ensuite analysés avant et après exposition aux effluents, à l’aide de techniques avancées telles que la microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse élémentaire (MEB-EDX) et les extractions séquentielles. Ces analyses permettront d’identifier la nature et la stabilité des précipités formés, et d’affiner la compréhension des phénomènes de sorption, de précipitation et de relargage.
Développer une modélisation intégrative des mécanismes de rétention : les données recueillies alimenteront un modèle prédictif couplant les phénomènes d’adsorption, de précipitation et de relargage, en intégrant les paramètres hydrauliques et géochimiques. Ce modèle visera à simuler l’évolution des performances des filtres sur le long terme, en tenant compte des équilibres minéraux et des conditions favorables à la valorisation du phosphore.
Valoriser les résultats et évaluer le potentiel agronomique du phosphore récupéré : une évaluation de la biodisponibilité et du potentiel de valorisation agronomique du phosphore immobilisé sera menée à travers des tests de désorption et d’usage en fertilisation. Les résultats expérimentaux et de modélisation permettront de proposer des premiers éléments de pré-dimensionnement pour l’intégration de ces matériaux réactifs à plus grande échelle et dans différents contextes d’exploitation.
 

Conditions particulières d’activité : télétravail partiel possible.

Formations et compétences recherchées

• Formation recommandée : Bac + 5 Génie des procédés, génie chimique
• Connaissances souhaitées :  chimie de surface, chimie réactionnelle, réacteurs, bonnes pratiques en laboratoire
• Expérience appréciée : précédente expérience dans le domaine des eaux usées serait un plus
• Aptitudes recherchées : Maitrise de l’anglais (lu, écrit, parlé), analyse de données, de synthèse et rédactionnelle
   

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