Mise en place d’un photo-bioréacteur de co-culture équipé de membranes immergées pour le traitement d’effluent.

Le GEPEA associe recherche amont et recherche appliquée afin de développer le génie des procédés dans les domaines de l'environnement, de l'énergie, de l'agroalimentaire et de la valorisation des ressources. 

Chaque année, l’industrie agro-alimentaire produit environ 200 millions de mètre cube d’effluents (Plan Eau 2024) riche en carbone, azote et phosphore. Les traitements conventionnels par boues activées sont souvent énergivores : l’élimination de l’azote et du phosphore nécessite, respectivement, un apport important en oxygène et réactifs chimiques. Les systèmes bactériens peuvent également être sensibles aux changements incontrôlés de conditions opératoires, notamment celles relatives à la composition et à la charge polluante.

Les co‑cultures microalgues‑bactéries pourraient réduire les coûts opératoires : les microalgues produisent l’oxygène nécessaire aux bactéries, tandis que les bactéries fournissent du CO₂ aux microalgues. Les consortia microalgues‑bactéries peuvent également être plus efficaces en matière d’épuration, notamment dans le cas d’effluents chargées en pollutions azotés et phosphorés. 

Les bioréacteurs à membrane immergée (MBR) permettent de découpler le temps de séjour de l’effluent (HRT – Hydraulic Residence Time) du temps de séjour de la biomasse (SRT – Sludge Residence Time), puisque la biomasse est retenue par la membrane filtrante. Il est ainsi possible de fonctionner à des débits élevés d’alimentation/sortie en effluent sans risque de lessivage (perte) de la biomasse et d’opérer à des concentrations élevées en biomasse. Les rendements d’épuration sont par conséquent améliorés, d’autant plus que la membrane de filtration participe à la rétention des composés polluants.

Aussi, l’objectif de ce stage est de mettre en place un bioréacteur de co-culture équipé de membrane de filtration afin de traiter des effluents de l’agroalimentaire. Des consortiums microalgues-bactéries devront être trouvés puis mis en culture dans des bioréacteurs à membranes afin de tester leur efficacité en matière d’épuration.  Les conditions opératoires du MBR seront à sélectionner soigneusement (HRT, SRT, charge organique (N/P), débit d’alimentation, matériaux membranaire, diamètre des pores, séquence de filtration/rétrolavage) de façon à optimiser le fonctionnement des cultures mais également éviter le colmatage des membranes. Le suivi des performances épuratoires sera à réaliser ainsi que le suivi et la caractérisation des biomasses et des filtrations.

Dans un premier temps, des cultures de bactéries et de microalgues seront effectuées séparément pour ensuite étudier leur couplage, la sortie du bioréacteur à membrane alimentant le second bioréacteur (montage en série), puis leur intégration (co-culture). 

Idéalement le stage se déroulera en 4 phases :

• Phase 1 : Recherche d’un consortium robuste microalgue-bactérie (test en erlen sans filtration).
• Phase 2 : Mise en culture des biomasses seules en bioréacteur à membranes avec un effluent simulé ou réel. Evaluation des performances épuratoires et de filtration
• Phase 3 : Etude du couplage des bioréacteurs (montage en série)
• Phase 4 : Etude d’un bioréacteur intégré (co-culture dans le même bioréacteur)

Profil et compétences attendues

• Formation Master (M2) ou école d’ingénieurs en Génie des BioProcédés, Biotechnologie et Microbiologie
• Connaissances en bioprocédés et méthodes analytiques
• Compétences techniques de travail en laboratoire
• Connaissances en cultures de microalgues et/ou bactéries
• Qualités recherchées : rigueur, autonomie, curiosité, qualité de rédaction (français, anglais), travail en équipe.

Profil et compétences attendues

• Formation Master (M2) ou école d’ingénieurs en Génie des BioProcédés, Biotechnologie et Microbiologie
• Connaissances en bioprocédés et méthodes analytiques
• Compétences techniques de travail en laboratoire
• Connaissances en cultures de microalgues et/ou bactéries
• Qualités recherchées : rigueur, autonomie, curiosité, qualité de rédaction (français, anglais), travail en équipe.