OXALIF - Procédé de photo-oxydation avancée et de décontamination des eaux en lit fluidisé. // Advanced photo-oxidation and decontamination process of water in a fluidized bed reactor.

Parmi les substances identifiées comme contaminants anthropiques, figurent les micropolluants organiques, qui génèrent des impacts environnementaux significatifs lorsqu'ils sont libérés dans l'environnement. Le nombre et la diversité de ces composés ne cessent d'augmenter, et une grande partie d'entre eux est détectée dans les effluents des stations d'épuration des eaux résiduaires urbaines, contribuant ainsi à la contamination des écosystèmes aquatiques. Outre les micropolluants organiques, les effluents urbains contiennent également des microorganismes pathogènes, constituant une menace supplémentaire pour la qualité des milieux aquatiques.
Dans un contexte marqué par le changement climatique et la raréfaction des ressources en eau, la qualité microbiologique et chimique des effluents d'eaux résiduaires urbaines devient un enjeu crucial, car elle conditionne directement la disponibilité et la valorisation des ressources hydriques exploitables. Face à cette rareté croissante, la réutilisation/recyclage des eaux résiduaires urbaines ou industrielles apparait comme une solution.
Cependant, pour permettre cette réutilisation ou ce recyclage, les réglementations imposent une élimination rigoureuse des polluants microbiologiques et chimiques. Les procédés d'oxydation avancée permettent de garantir l'absence de produits ou de sous-produits toxiques sans création de phases concentrées en polluants. Parmi les procédés d'oxydation les plus prometteurs, la photocatalyse hétérogène avec le dioxyde de titane (TiO2) comme catalyseur permet de convertir les polluants organiques en carbone volatil et présente plusieurs avantages comparés aux procédés d'oxydation avancée impliquant des réactifs (ozone ou peroxyde d'hydrogène) : (i) il n'exige pas l'ajout d'agents oxydants supplémentaires réduisant ainsi le risque de formation de polluants secondaires toxiques ; et (ii) il offre des coûts d'exploitation relativement faibles surtout si on envisage une irradiation solaire.
Malgré des décennies de travaux scientifiques, son application à l'échelle industrielle demeure limitée en raison de plusieurs obstacles scientifiques, notamment : une surface spécifique perfectible, une faible absorption dans le domaine visible, un taux élevé de recombinaison des paires électron-trou générées sous irradiation UV, ainsi que des difficultés liées à son immobilisation dans le réacteur. Pour surmonter ces limitations, ce projet de postdoctorat propose plusieurs approches basées sur (i) la fixation du TiO₂ sur un support afin de prévenir son relargage sous forme colloïdale avec une technologie par projection plasma, (ii) l'exploration de matériaux hybrides, notamment la combinaison du TiO₂ avec le cuivre (Cu) pour améliorer son activité sous la lumière visible, (iii) l'intégration du TiO₂-Cu dans un réacteur à lit fluidisé pour maximiser le contact entre les polluants ciblés et le photocatalyseur et réduire le temps de réaction. Ainsi l'objectif serait d'avoir des effets additifs ou synergiques de désinfection et de décontamination.
Dans ce cadre, des expériences à l'échelle laboratoire et pilote seront réalisées sur des matrices synthétiques ainsi que sur des eaux résiduaires urbaines afin d'optimiser le nouveau matériau fabriqué (TiO₂-Cu) et le fonctionnement du réacteur à lit fluidisé. L'objectif principal est de déterminer les paramètres physiques optimaux pour la photodégradation des polluants ciblés, tout en minimisant la formation de résidus d'oxydation potentiellement toxiques. Par ailleurs, ce projet vise à comparer l'efficacité de dégradation des microorganismes pathogènes et des micropolluants organiques par le TiO₂-Cu en lit fluidisé à celle d'autres technologies innovantes étudiées dans le cadre de la chaire d'excellence Adaptation des procédés au service de la transition hydrique (ADAPTHY).
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Among the substances identified as anthropogenic contaminants are organic micropollutants, which generate significant environmental impacts when released into the environment. The number and diversity of these compounds continue to increase, and a large proportion of them are detected in the effluents of urban wastewater treatment plants, thereby contributing to the contamination of aquatic ecosystems. In addition to organic micropollutants, urban effluents also contain pathogenic microorganisms, constituting an additional threat to the quality of aquatic environments.
In a context marked by climate change and water resource scarcity, the microbiological and chemical quality of urban wastewater effluents is becoming a crucial issue, as it directly affects the availability and valorization of usable water resources. Faced with this growing scarcity, the reuse/recycling of urban or industrial wastewater appears to be a solution. However, to enable this reuse or recycling, regulations require the rigorous removal of microbiological and chemical pollutants. Advanced oxidation processes make it possible to ensure the absence of toxic products or by-products without creating pollutant-rich concentrated phases. Among the most promising oxidation processes, heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide (TiO2) as a catalyst can convert organic pollutants into volatile carbon and offers several advantages compared with advanced oxidation processes involving reagents (ozone or hydrogen peroxide): (i) it does not require the addition of supplementary oxidizing agents, thereby reducing the risk of forming toxic secondary pollutants; and (ii) it offers relatively low operating costs, especially if solar irradiation is considered.
Despite decades of research works, its industrial-scale application remains limited because of several scientific obstacles, notably: improvable specific surface area, weak absorption in the visible range, a high recombination rate of electron-hole pairs generated under UV irradiation, and difficulties associated with its immobilization in the reactor. To overcome these limitations, this postdoctoral project proposes several approaches based on (i) fixing TiO2 onto a support by plasma technology in order to prevent its release in colloidal form, (ii) exploring hybrid materials, notably the combination of TiO2 with copper (Cu) to improve its activity under visible light, and (iii) integrating TiO2-Cu into a fluidized-bed reactor to maximize contact between the targeted pollutants and the photocatalyst and reduce reaction time. The objective would therefore be to achieve additive or synergistic effects in disinfection and decontamination.
As part of this effort, laboratory- and pilot-scale experiments will be conducted on synthetic matrices and municipal wastewater to optimize the newly developed material (TiO₂-Cu) and the operation of the fluidized-bed reactor. The primary objective is to determine the optimal physical parameters for the photodegradation of targeted pollutants, while minimizing the formation of potentially toxic oxidation byproducts. Furthermore, this project aims to compare the degradation efficiency of pathogenic microorganisms and organic micropollutants by TiO₂-Cu in a fluidized bed with that of other innovative technologies studied within the framework of the Chair of Excellence in Process Adaptation for Water Transition (ADAPTHY).
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Début de la thèse : 01/10/2026

Associations, fondations, programmes privés étrangers

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Profil du candidat : Le(la) candidat(e) devra avoir de solides connaissances en chimie des matériaux (notament catalyse hétérogène) avec dans une moindre mesure des compétences dans une ou plusieurs des thématiques suivantes : chimie environnementale et/ou chimie analytique et/ou microbiologie et/ou génie des procédés. Des connaissances ou une expérience sur les procédés d'oxydation avancée seront un plus. Le(la) candidat(e) devra avoir un goût prononcé pour le travail expérimental et un fort intérêt pour le travail en équipe.
Candidate Profile: The candidate should have strong expertise in material chemistry (heterogeneous catalysis) and one or more of the following fields: environmental chemistry, analytical chemistry, and/or microbiology and/or process ingineering. Knowledge or experience in advanced oxidation processes will be considered an asset. The candidate should have a strong aptitude for experimental work and a keen interest in teamwork.