Optimisation de synthèse des bio-charbons par voie chimique ou physique et caractérisation : application au traitement des eaux médicamenteuses

Le Laboratoire de Sécurité des Procédés Chimiques est un laboratoire académique de recherche en génie des procédés, sous tutelle de l’INSA Rouen Normandie et l’Université de Rouen Normandie.

Les thématiques de recherche du laboratoire s'articulent autour de la sécurité, de l’intensification des procédés chimiques et de la valorisation de la biomasse. Vous trouverez plus détails ici.

Les différentes équipes de recherche participe à de nombreux projets nationaux et internationaux dont le détail est à lire ici.

Le laboratoire est adossé à trois formations d’ingénieurs, une formation d’IUT et deux masters rattachés à l’école doctorale normande PSIME.

1- Contexte :
La ressource en eau potable est aujourd’hui globalement menacée par un certain nombre de facteurs tels que le réchauffement climatique et la pollution des nappes et rivières, principales sources d’approvisionnement en France. Les micropolluants organiques comme les pesticides ou encore les résidus pharmaceutiques sont de plus en plus détectés en France de par leur utilisation massive dans l’agriculture et un système médical français ultraconsommateur. En outre, l’amélioration continue des techniques d’analyse permet de découvrir de plus en plus l’ampleur de la contamination des eaux de surface comme souterraines par ces micropolluants avec des concentrations pouvant aller de nano à micro grammes par litres. 
Ce projet s’intéresse plus particulièrement à l’élimination de molécules issus de médicaments que l’on retrouve dans l’environnement. L’adsorption sur charbon actif est aujourd’hui un des procédés largement utilisés pour le traitement des polluants organiques. Si son efficacité est indéniable, elle reste compliquer à mettre en œuvre pour traiter molécules à l’état de trace dans des matrices complexes présentant d’autre macromolécules organiques rendant l’adsorption compétitive. Etant donné que l’adsorption est basée sur un équilibre thermodynamique entre la quantité captée par le solide et la concentration dans le liquide, les capacités d’adsorption sont relativement faibles pour les faibles concentrations. 
A L’INSA Toulouse, Toulouse Biotechnology Institut (TBI) NSA UMR INSA/CNRS 5504
UMR INSA/INRAE 792développe des filières résilientes et des procédés durables pour l’eau en particulier pour réduire les émissions de micropolluants dans les milieux aquatiques depuis des années.  L’équipe SOPHYE (Séparation Oxydation Procédés Hybrides pour l’Environnement) s’intéresse ainsi à la séparation par membrane et à l’oxydation avancée, deux techniques permettant l’élimination des micropolluants. Une alternative sur laquelle le laboratoire LSPC, UR 4704- UnivRouen-INSA Rouen Normandie) travaille depuis plusieurs années est la production d’adsorbants à base de bio-déchets [6-9]. Le charbon produit, appelé biochar, pourrait être utilisé comme adsorbant pour les résidus médicamenteux qui se trouvent dans les eaux. Ce biochar peut être produit à partir de divers résidus comme des déchets agricoles, déchets du bois, d’algues ou encore et de déchets verts. Des techniques d’activation [10-11] de ces charbons sont disponibles au laboratoire LSPC de Rouen, activation chimique ou physique par micro-ondes et pourraient permettre une amélioration efficace à moindre coût des charbons biosourcés existants pour le type d’application visée.
Il est à noté que ce travail sera réalisé dans le cadre de la thèse de doctorat de Coline Ghekiere.

 L’objectif de ce projet est donc :
1/ d’optimiser la production de ces biocharbons à propriétés contrôlées grâce aux méthodes d’activation des bio-charbons produits au LSPC, de les comparer à des charbons biosourcés que TBI utilisent pour l’instant. 
2/ de mettre en œuvre ses charbons pour l’élimination de molécules cibles pharmaceutiques dans différentes matrices afin de relier propriétés structurales et fonctionnalité.

2 – Description du projet scientifique et technique

Après une étude bibliographique des différentes méthodes d’activation, différents bio-charbons seront synthétisés par pyrolyse puis activés, soit synthétisés et activés simultanément. Des voies chimiques d’ajout de bases ou de CO2 seront testées mais également, l’activation par technologie microondes ainsi que le couplage de ces techniques.
La sélection des biomatériaux ou biodéchets sera effectuée en amont de cette recherche (thèse de Coline Ghekière en cours au LSPC Rouen ou biodéchet local TBI) et les molécules médicamenteuses cibles choisies par le TBI. Les charbons activés seront testés, en batch ou en continu au TBI de Toulouse dans différentes matrices.
Ce projet contribuera à développer des solutions peu couteuses en énergie lors de l’usage, biosourcées et locales.

3 – Organisation du stage

Le stage se déroulera à 2 endroits, Rouen et Toulouse:
o    Le stagiaire passera 3-4 mois à Rouen puis 2-3 mois à Toulouse 
o    Fevrier-Mai 2025: activation de biochars (LSPC-Rouen) sous la responsabilité d’Isabelle POLAERT et Lokmane ABDELOUAHED
o    Juin-Juillet ou Aout 2025 : tests d’adsorption (TBI-Toulouse) sous la responsabilité de Christelle GUIGUI
o    Billet de déplacement du stagiaire à Toulouse/Rouen sera pris en charge. Le logement ne sera pas pris en charge.
Gratification de stage : Environ 600 euros/mois   - Durée : 5/6 mois, Début Février –Mi-Juillet 2025   ou Mars – Septembre 2025 (Mi Juillet -mi Aout en congés)
Profil - Compétences: Master in Chemical Engineering – ou Ecole d’ingénieur génie chimique -génie des procédés.
mots clés: traitement des eaux usées, charbon, biomasse, adsorption

CV et lettre de motivation +Notes obtenues depuis 2 ans en Master ou en école d’ingénieur. 
 

Profil - Compétences: Master in Chemical Engineering – ou Ecole d’ingénieur génie chimique -génie des procédés.
mots clés: traitement des eaux usées, charbon, biomasse, adsorption