Biominéralisation du CO2 par des microorganismes calcifiants : valorisation dans les matériaux du génie civil

La biominéralisation du CO₂ par précipitation de carbonate de calcium (CaCO₃) est un phénomène répandu dans les écosystèmes marins, d’eau douce et terrestres, jouant un rôle central dans le cycle global du carbone. Les micro-organismes calcifiants, notamment les coccolithophores et les cyanobactéries calcifiantes, participent activement à ce processus, offrant des perspectives prometteuses pour capter, valoriser et stocker durablement le CO₂ issu des activités industrielles.

Le projet COCCINELLE – Coccolithophores et cyanobactéries calcifiantes pour l’utilisation et le stockage long du carbone (2025-2029) explore le potentiel de ces mécanismes biologiques pour le stockage à long terme du carbone et étudie les opportunités de valorisation des produits formés. Ce projet pluridisciplinaire regroupe des experts en bioprocédés, biochimie analytique, génie civil et génie des matériaux, ainsi que des acteurs industriels.

La thèse s’inscrit dans le projet COCCINELLE, financé par l’Etat dans le cadre du programme de recherche pour la décarbonation de l’industrie de France 2030. Les travaux des axes 1 et 2 (en cours) permettent d’étudier la croissance et la calcification d’une coccolithophore et d’une cyanobactérie modèles (Emiliania huxleyi et Synechococcus sp.) et de mettre en œuvre un procédé de biocalcification (culture, récolte et séparation). L’axe 3 du projet consiste à étudier diverses voies de valorisation des produits formés dans les domaines du génie civil et du génie des matériaux. La thèse a pour but de valoriser le carbonate de calcium produit par les micro-organismes calcifiants dans les matériaux cimentaires pour améliorer leurs performances et permettre un stockage du carbone à long terme.

La technologie des ciments modernes et le nouveau contexte normatif des matériaux de construction permettent d’inclure des proportions significatives de carbonate de calcium, sous la forme de filler calcaire, dans les matériaux cimentaires. L’originalité du projet consiste à incorporer directement les fractions minérales et/ou organiques des micro-organismes calcifiants dans ces matériaux et à étudier les conséquences sur leurs propriétés à l’état frais et durci.

La première étape de l'étude consistera à caractériser les biomatériaux : microstructure, composition chimique et minéralogique, propriétés physiques et mécaniques. Les résultats seront comparés aux propriétés des fillers calcaires actuellement utilisées dans l'industrie. Ensuite, la fraction inorganique sera utilisée pour concevoir des liants binaires et ternaires à base de clinker, d'aluminosilicates (matériau pouzzolanique) et de poudre de carbonate de calcium. L'objectif principal de cette étude est de comprendre l'influence des coccolites bruts et purifiés/traités sur les propriétés rhéologiques des pâtes de ciment et les produits d'hydratation, afin de prédire l'influence des matériaux biogéniques sur les propriétés des matériaux de construction. Enfin, les matériaux cimentaires seront étudiés et modélisés afin d'évaluer leur potentiel d'auto-cicatrisation et leur durabilité dans les structures exposées aux actions environnementales.

Centrale Nantes s'appuie sur de multiples partenariats industriels et institutionnels forts pour déployer une recherche académique et appliquée au meilleur niveau européen et mondial. Recherche et formation se sont toujours développées de pair à l'école. Les modules scientifiques enseignés relèvent des domaines de recherche des enseignants de l'école et ces derniers effectuent leurs recherches dans les laboratoires de l'école. Cette osmose entre enseignement et recherche est précieuse, bénéfique et gage de qualité pour le parcours des Centraliens de Nantes.

Centrale Nantes dispose de deux outils majeurs pour l’innovation et la création : des plateformes expérimentales de recherche uniques et un incubateur de vingt ans d’expérience qui supporte les projets de création.

Fondé en 2004, l'Institut de Recherche en Génie civil et Mécanique - GeM est une Unité Mixte de Recherche de Nantes Université, Centrale Nantes et du CNRS (UMR-6183).

Il regroupe au sein d’un même laboratoire l’ensemble des compétences de la métropole Nantes Saint-Nazaire dans le domaine du génie civil, de la mécanique des matériaux et des procédés, de la modélisation et de la simulation en mécanique des structures.

L’unité s’est donnée comme mission de pouvoir proposer des procédés de fabrication innovants, des outils de simulation adaptés pour le dimensionnement et la maîtrise du cycle de vie des produits, des structures et des ouvrages, en prenant en compte l’influence de sollicitations sévères et d’actions environnementales.

Les travaux menés au GeM sont équilibrés entre une recherche amont et une recherche appliquée. L’unité se caractérise par des moyens d’essais importants et différenciants, avec plusieurs plateformes technologiques : génie civil (dalle d’essais, caractérisation de la durabilité, environnement), manufacturing (bio-printing et fabrication additive, procédés composites), matériaux (diffraction X, durabilité composites), structures (structures membranaires, essais statiques et dynamiques) et un centre de ressources en moyens de calculs.

Etudiant/étudiante motivé par la recherche et le développement et titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou de master avec une spécialisation en chimie / physicochimie / matériaux / génie civil. Une expérience dans le domaine des matériaux cimentaires et/ou céramiques serait appréciée.