Post-doctorat en mécanique des fluides / hydrologie urbaine

INSA Lyon est une école d'ingénieurs située à Villeurbanne, en banlieu de Lyon.

Contexte : Les eaux urbaines drainées par les réseaux unitaires en temps de pluie sont une source majeure des particules de microplastiques provenant notamment de la dégradation des matériaux en plastique du quotidien, de l’abrasion des pneus des véhicules ou de l’usure des matières textiles dans les lave-linges [1]. En cas d’événements pluvieux très intenses, une partie de ces rejets d’eaux urbaines est directement envoyée depuis les réseaux d’assainissement vers le milieu récepteur (le plus souvent les rivières urbaines) via les déversoirs d’orage. Ces eaux rejoignent alors le milieu récepteur sans traitement et les teneurs en microplastiques (microparticules de taille comprise entre 1 µm et 5 mm) augmentent alors fortement. Ces rejets des déversoirs d’orage sont un mélange d’eaux usées et d’eaux de ruissellement pluvial avec une présence de matières minérales et organiques (qui tendent à générer des flocs ou agrégats composés, entre autres, de matières organiques et particules de microplastiques).

Le projet ANR TRANSPLAST vise alors à améliorer la mesure et la simulation des flux de ces particules de microplastiques au sein des réseaux d’assainissement urbains et notamment au niveau des déversoirs d’orage et, in fine, à proposer des stratégies d’interception de ces matières avant leur passage vers le milieu récepteur.

L’objet de ce post-doctorat sera alors (i) de mesurer les trajectoires et le devenir des particules de microplastiques au sein d’un déversoir d’orage modèle, à l’échelle d’un pilote (modèle réduit) de laboratoire à géométrie simplifiée et (ii) de tester l’efficacité de configurations de piégeage de ces particules. Le déversoir d’orage pilote prendra la forme d’une bifurcation à surface libre à angle droit, comprenant des canaux à section rectangulaire et un seuil dans la branche latérale [2,3]. Les particules utilisées seront des micro-sphères de différents types de polymères (différentes densités et différents diamètres) au sein desquels seront incorporées des terres rares permettant de les identifier et de les quantifier dans un milieu liquide complexe naturel, riche en matière en suspension [5]. Les eaux utilisées seront des mélanges d’eaux usées et d’eaux pluviales provenant des réseaux d’assainissement de la ville de Lyon, dans lesquelles les particules de microplastiques seront préalablement mélangées afin de permettre la création des flocs. 

Travail à réaliser : Dans un premier temps, le mélange eau + flocs + microparticules devra être préparé au sein du réservoir situé au-dessus de la branche amont de la bifurcation. Une fois introduite dans la branche amont, l’eau va s’écouler vers l’aval et se distribuer dans les deux branches aval (la première qui représente la conduite qui achemine le débit conservé vers la station de traitement des eaux usées et la deuxième qui représente la décharge du trop-plein vers le milieu naturel). Un régime d’écoulement permanent devra être atteint dans le dispositif avant d’effectuer des prélèvements dans la branche amont et les deux branches aval. On cherchera alors à mesurer la distribution des masses de microplastiques qui transitent dans les deux branches aval [4]. L’objectif est de déterminer la quantité de microplastiques dirigée vers le milieu récepteur et celle conservée dans le réseau d’assainissement et dirigée vers la station de traitement des eaux usées. Ces mesures devront avoir lieu en prenant le plus grand soin de ne pas altérer les flocs présents dans l’eau. L’analyse des échantillons permettra de caractériser la teneur en terre rare et via la courbe de calibration, la teneur en microplastiques. Une image du dispositif envisagée est proposée en page 5. 

Les paramètres que nous souhaitons faire varier seront notamment le type d’eau utilisée (via la quantité relative d’eau d’origine pluviale et d’origine domestique collectée à l’entrée de la station de traitement de la Feyssine, à côté du Campus de la Doua à Villeurbanne – banlieue de Lyon), les caractéristiques des particules (densité et diamètre) ainsi que le débit d’eau au sein de la bifurcation.

Dans un deuxième temps, et si le temps le permet, nous testerons la capacité d’un dispositif d’interception de particules solides dans les déversoirs d’orage à piéger des particules de microplastiques. Son design devra surement être amélioré pour maximiser cette capacité de piégeage des particules de microplastiques. Cette optimisation géométrique se fera par simulation numérique dans le cadre de la thèse de Omar LAOUITI menée également au sein du projet ANR TRANSPLAST. 

Matériel mis à disposition : Une première version du dispositif expérimental va être mise en place à l’automne 2026 et sera testée par un stagiaire de l’INSA Lyon en configuration simplifiée avec seulement de l’eau claire et des particules de plastiques sans floc et non chargées en terre rare. Des améliorations du dispositif seront surement à effectuer par le.la post-doctorant.e à son arrivée.

Pour ce qui concerne les particules, le processus de fabrication et d’analyse des microplastiques chargés en terre rare est actuellement en cours dans le cadre de la thèse de Léa Davy et devrait être opérationnelle et à disposition du.de la post-doctorant .e à son arrivée. 

References : 

1. Iannuzzi, Z., Mourier, B., Bayard, R., Polomé, P., & Kouyi, G. L. (2026). Evaluating the hydrological processes governing microplastic contamination in stormwater runoff from an industrial catchment discharging into a detention basin in Lyon (France). Journal of Hydrology: Regional Studies, 66, 103576. 
2. Ibrahim, I., Riviere, N., Lebouteiller, I., & Mignot, E. (2022). Discharge distribution in open-channel T-shape bifurcations: Effect of a reduced side branch width. Journal of Hydraulic Engineering, 148(9), 04022015.
3. Ibrahim, I., Legori Ibrahim, S., & Khan, S. (2020, February). Flow structures in dividing open channels: A review. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 437, No. 1, p. 012008). IOP Publishing.
4. Marín, A. M., Laouiti, M. O., Mignot, E., Riviere, N., Gnanga, H., & Kouyi, G. L. (2026). Hydrodynamic characterization and interception-entrainment rates of the DSM-flux–a new technology to monitor CSOs. Journal of Environmental Management, 414, 130475.
5. Mostefaoui, O., Lopez, D., Mignot, E., & Massardier-Nageotte, V. (2024). Custom-made spherical fluorescent tracer particles for laser Velocimetry Laboratory Experiments. Flow Measurement and Instrumentation, 99, 102665.

Mécanicien des fluides ou hydrologue urbain, expérience en mesures expérimentales.