Impact des décharges électriques et des ultrasons sur la dégradation et la récupération des microplastiques

La présence croissante de microplastiques dans les eaux et les effluents agro- industriels constitue un enjeu environnemental et sanitaire majeur. Les stations d’épuration retiennent aujourd’hui l’essentiel des microplastiques présents dans les eaux usées, conduisant à leur accumulation dans les boues. Les procédés de traitement conventionnels ne permettent qu’une élimination partielle de ces micropolluants. Le recours à de nouvelles technologies de dégradation offre la possibilité de transformer ces polymères en composés moins nocifs.

Les procédés de dégradation étudiés à ce jour montrent des résultats contrastés. L’ozonation et les ultrasons peuvent altérer la surface et fragmenter les microplastiques, mais sans garantir une minéralisation complète et avec un risque de formation de particules plus fines. Les décharges électriques de haute tension génèrent des espèces fortement oxydantes efficaces pour de nombreux polluants organiques, mais leur application aux microplastiques reste peu documentée. Le couplage de procédés physique et chimiques apparait ainsi comme une voie prometteuse pour dépasser la simple fragmentation et viser une minéralisation plus avancée.

L’objectif de cette thèse est d’étudier la dégradation des microplastiques en milieu aqueux par couplage de procédés physiques (décharges électriques, ultrasons) et chimiques (ozonation, Fenton). Le travail portera sur l’effet de ces procédés, seuls et combinés, sur la fragmentation, l’altération de la structure chimique et la minéralisation des microplastiques, ainsi que sur l’identification des mécanismes réactionnels et la modélisation des cinétiques. L’effet des procédés physiques sur l’agrégation éventuelle des microplastiques sera également investigué. Les études porteront sur des polymères représentatifs (polychlorure de vinyle PVC, polyéthylène PE) seront et s’appuieront sur des techniques de caractérisation physico- chimiques (FTIR, Raman, microscopie, analyse carbone) afin d’évaluer l’efficacité globale des procédés et la formation éventuelle de sous-produits.

Une attention particulière sera portée à des stratégies intégrant une étape de concentration préalable des microplastiques (filtration, coagulation) suivie de leur traitement. En effet, dans une perspective de traitement des effluents agro-industriels, la concentration préalable permettra de réduire fortement les volumes d’eau à traiter par les procédés avancés et améliorer leur efficacité globale.

Laboratoire Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable TIMR, Université de Technologie de Compiègne, Compiègne, France (www.utc.fr/timr)
L’unité de recherche « Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable », créée le 1er janvier 2008, comprend des enseignants chercheurs de l’Université de Technologie de Compiègne et de l’École Supérieure de Chimie Organique et Minérale. L’unité de recherche TIMR se positionne dans une convergence des pratiques et des savoirs du Génie des Procédés et de la Chimie vers un objectif de valorisation des agro-ressources et dans une stratégie de développement durable. L’unité de recherche TIMR est structurée en cinq équipes de recherche et une cellule d’appui analytique et technique. Le sujet de la thèse sera effectué principalement dans deux équipes de recherche :

1)  L’activité de l’équipe Technologies Agro-Industrielles (TAI) du laboratoire TIMR est reconnue pour l’intégration de technologies alternatives (décharges électriques de haute tension, champs électriques pulsés, ultrasons) dans les procédés extractifs et séparatifs conventionnels. Dernièrement, l’équipe TAI développe également ces technologies non conventionnelles pour de nouvelles applications telles que l’intensification de la dégradation des micropolluants. L’expérimentation et la modélisation des phénomènes sont les outils indissociables mis en œuvre pour atteindre ces objectifs.

2)  L’équipe Organic Chemistry and Alternatives Technologies cible ses recherches sur la chimie permettant de diminuer les impacts environnementaux (chimie durable) et ce essentiellement pour la valorisation de la biomasse. En particulier l’équipe OCAT s’intéresse à la fabrication à partir de ressources naturelles de briques chimiques élémentaires pour les industries et à l’utilisation de biopolymères pour la fabrication de (nano)matériaux et composites fonctionnalisés pour diverses applications notamment biomédicales et environnementales. Ces travaux de recherche sont basés sur l’adaptation des voies chimiques pour utiliser des procédés économes en énergie et en matière, grâce à des techniques innovantes propres.

1)  Formation : Ingénieur/master en génie chimique, génie des procédés, chimie

2)  Appétence et compétences en techniques expérimentales

3)  Curiosité, sens physique et pratique, rigueur scientifique et rédactionnelle, capacités d’analyse et de synthèse, autonomie dans la recherche de solutions à des problèmes complexes

4)  Anglais courant et scientifique (niveau B2 requis)