Développement de pérovskites pour application en traitement de l'eau

Le Laboratoire Géomatériaux et Environnement (LGE - EA 4508) de l'Université Gustave Eiffel est une unité de recherche située dans le bâtiment Alexandra David-Néel sur le campus de Marne-la-Vallée. Le laboratoire développe une expertise reconnue dans l'étude des géomatériaux et des problématiques environnementales.

Le laboratoire s’articule autour de trois principaux axes de recherche : un premier axe dédié à l’étude des géomatériaux, un second consacré aux questions environnementales, et un axe transversal qui fait le lien entre les deux précédents.

La gestion des effluents pollués au niveau des villes d’aujourd’hui et de demain est un enjeu majeur d’un point de vue environnemental, sanitaire et économique. L’efficacité hydrique est l’un des grands enjeux industriels du 21ème siècle (Objectifs de développement durable de l’ONU) dont l’objectif est de pouvoir (i) faire face à des réglementations de plus en plus strictes en matière de consommation d’eau (ii) réduire l’impact environnemental des rejets d’eaux usées municipales et industrielles (iii) s’adapter aux pénuries et restrictions d’eau associées aux changements climatiques. Malheureusement, les systèmes de traitement actuels ne sont pas toujours capables d’atteindre des rendements suffisants en termes d’élimination de
certains micropolluants (résidus pharmaceutiques, pesticides) ou d’amélioration de la qualité microbiologique de l’eau traitée. Cela participe notamment à ralentir le développement des stratégies de réutilisation des eaux usées. Il est donc aujourd’hui nécessaire de développer des solutions efficaces et viables vis-à-vis de cette problématique.

Ce stage s’inscrira dans le cadre du projet ANR PEROV-TREAT. Ce projet propose d’intégrer des matériaux poreux à base de pérovskites dans un procédé électrochimique afin d’améliorer
le traitement des micropolluants persistants. L’objectif principal de ce projet est d’obtenir la meilleure combinaison entre (i) la réactivité pour l’élimination des composés ciblés (dégradation, minéralisation), (ii) la minimisation de la formation de sous-produits toxiques associés à la matrice inorganique/organique (ClO3-, ClO4-, BrO3-, AOX), (iii) la stabilité du matériau électrocatalytique pour des applications à long terme. Dans ce cadre, l’utilisation de matériaux de type pérovskite apparait aujourd’hui comme prometteuse. Ils sont utilisés dans
de nombreux autres procédés pour leur stabilité, tandis que leurs propriétés catalytiques permettent l’activation d’oxydants (H2O2, persulfates) pour la dégradation de nombreux
micropolluants, y compris par des mécanismes non-radicalaires. Le projet associe 4 laboratoires : le LGE (U. Eiffel), l’UCCS (U. Lille), l’IC2MP (U. Poitiers) et l’IEM (U. Montpellier).

Ce stage s’inscrit dans la troisième année du projet ANR et des résultats prometteurs ont déjà été obtenus sur des pérovskites de type LaFeO3 substituées au Ca et au Cu. Suite à ces travaux, un des premiers objectifs du stage est de synthétiser de nouvelles séries d’échantillons sur des séries Sr et Cu par voie sol-gel (La1-xSrxFeO3 et La1-xSrxFe1-yCuyO3). Les échantillons seront ensuite caractérisés par diffraction des rayons X, microsonde électronique et spectroscopie
Raman. Les structures seront déterminées par affinement Rietveld à partir des résultats expérimentaux.
Leur activité catalytique pour la dégradation de polluants organiques modèles, tels que l’acétaminophène, sera ensuite évaluée. Différents procédés seront comparés, incluant
l’activation du peroxyde d’hydrogène, des peroxymonosulfates et des peroxodisulfates. La génération potentielle de radicaux sera étudiée par différents tests de quenching. Enfin, des expériences accélérées de stabilité des pérovskites substituées seront effectuées à pH acide et les solutions de lixiviations seront analysées par ICP-OES. L’objectif globale du stage est ainsi de réussir à améliorer la compréhension du lien entre structure et réactivité de ce type de matériaux.

Chimie de l’eau, synthèse et caractérisation de matériaux, chimie analytique. L’étudiant devra démontrer une
bonne autonomie et rigueur scientifique. Des connaissances pratiques pour le travail enlaboratoire seront indispensables. De bonnes compétences rédactionnels sont également attendues.