Piégeage et valorisation du phosphore dans le contexte des plans d'eau, évaluation d'un procédé avec des matériaux à base de fer // Phosphorus trapping and valorization in the context of water bodies, evaluation of a treatment process with iron-based mate

L'eutrophisation constitue un problème environnemental majeur, limitant les usages des eaux de surface (potabilisation, activités récréatives…). Son importance est renforcée par la raréfaction des ressources en eau, liée au changement climatique. Le phosphore (P) est le facteur limitant de l'eutrophisation dans les eaux continentales, ce qui justifie la nécessité de réduire sa concentration dans les eaux.
Dans le cadre du projet Pho-Ret, le rôle majeur des plans d'eau dans la dynamique du phosphore le long d'un bassin versant (BV)a été mis en évidence. En effet, les étangs se comportent comme des puits de P en stockant ce dernier dans leurs sédiments à certaines périodes. Cependant, ce phénomène s'inverse, avec une libération du P dans la colonne d'eau, particulièrement lors des périodes estivales qui sont propices au développement de conditions anaérobie. La gestion des stocks de P sédimentaires est complexe, surtout dans les bassins versants comportant de nombreux plans d'eau. Le projet Pho-Ret a montré que le transfert de P se faisait principalement sous forme particulaire, justifiant l'utilisation de systèmes de décantation à l'entrée des retenues. Toutefois, le P des fractions particulaires fraîchement décantées est très mobile et facilement relargué. Il est donc nécessaire de compléter ces dispositifs par un système implanté en aval ou en sortie de plan d'eau, capable de piéger le P relargué sous forme colloïdale et dissoute lors des périodes où des conditions d'anaérobies sont rencontrées (Rapin, 2017 ; Projet Pho-Ret).
Le projet Phos-Fer, quant à lui, a développé un système de piégeage du P par sorption sur des réacteurs garnis de matériaux à base de fer à valence zéro pour le traitement des eaux usées. L'efficacité de ce procédé a été éprouvée dans le cadre du projet Phos-Fer Valo.
L'objectif du projet PIVEau est d'évaluer l'adaptabilité de ce procédé de traitement des eaux usées au contexte des eaux de plans d'eau, en utilisant une barrière perméable réactive (BPR) comme système de captation. L'étude portera sur le comportement du procédé dans différentes conditions expérimentales, avec des eaux représentatives de plans d'eau, l'exploitation d'un réacteur type BPR et la mise en place de régimes hydrauliques contrastés, à l'échelle laboratoire en réacteur continu.
Une dimension supplémentaire concerne la valorisation du phosphore capté, par récupération des oxy-hydroxydes de fer ayant piégé le P, qui pourraient être intégrés dans des composts avec des végétaux et/ou des Matières Fertilisantes d'Origines Résiduaires (fumiers, lisiers…). Ce compost, épandu sur le bassin versant du système, contribuerait ainsi à la fermeture partielle du cycle du P, en permettant d'interrompre son transfert le long des BV. Il s'agira ainsi d'évaluer cette stratégie de valorisation locale, de création d'un petit cycle du P, avec des échanges auprès des acteurs tels que les chambres d'agriculture, les syndicats de rivière, ...
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Eutrophication is a major environmental issue, limiting the uses of surface water (drinking water production, recreational activities, etc.). Its significance is heightened by the scarcity of water resources, which is linked to climate change. Phosphorus (P) is the limiting factor for eutrophication in continental waters, justifying the need to reduce its concentration in water bodies.
Within the Pho-Ret project, the major role of water bodies in phosphorus dynamics along a watershed (WS) was highlighted. Indeed, ponds act as phosphorus sinks by storing it in their sediments during certain periods. However, this phenomenon reverses, phosphorus being released back into the water column, particularly during summer periods that favor the development of anaerobic conditions. Managing sedimentary phosphorus stocks is complex, especially in watersheds with numerous water bodies. The Pho-Ret project demonstrated that phosphorus transfer occurs mainly in particulate form, supporting the use of sedimentation systems at the inlet of reservoirs. However, phosphorus in freshly settled particulate fractions is highly mobile and easily released. Therefore, it is necessary to complement these systems with a device installed downstream or at the outlet of water bodies, capable of trapping phosphorus released in colloidal and dissolved forms during periods when anaerobic conditions occur (Rapin, 2017; Pho-Ret project).
The Phos-Fer project, for its part, developed a phosphorus trapping system through sorption on reactors filled with zero-valent iron-based materials for wastewater treatment. The effectiveness of this process was validated within the Phos-Fer Valo project.
The objective of the PIVEau project is to assess the adaptability of this wastewater treatment process to the context of water bodies, using a permeable reactive barrier (PRB) as a capture system. The study will focus on the behavior of the process under different experimental conditions, with water representative of water bodies, the operation of a PRB-type reactor, and the implementation of contrasting hydraulic regimes, at laboratory scale in continuous reactors.
An additional dimension concerns the valorization of the captured phosphorus, through the recovery of iron oxy-hydroxides that have trapped phosphorus, which could be integrated into composts with plants and/or residual fertilizing materials (manure, slurry, etc.). This compost, spread over the watershed, would thus contribute to the partial closure of the phosphorus cycle, by interrupting its transfer along the watershed. The aim will be to evaluate this local valorization strategy, creating a small phosphorus cycle, with exchanges involving stakeholders such as agricultural chambers, river basin authorities, etc.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Le candidat devra avoir de connaissances approfondies dans le domaine des sciences de l'eau et de l'environnement, et plus particulièrement dans au moins deux des domaines suivants : chimie, génie des procédés, génie végétal et agronomie. Le candidat devra être en mesure de mener un travail de laboratoire rigoureux pour la mise en œuvre de pilotes et leur suivi analytique. Il sera également impliqué dans le déploiement et le suivi de pilote sur le terrain. Le permis de conduire est demandé.
The candidate must have in-depth knowledge of water and environmental sciences, particularly in at least two of the following fields: chemistry, process engineering, plant engineering and agronomy. The candidate must be able to conduct rigorous laboratory work for the implementation of pilots and their analytical follow-up. He will also be involved in the deployment and monitoring of pilots in the field. The driver's license is required.