Amélioration des procédés de bio-précipitation de minéraux carbonatés via une approche microfluidique.

La bio-précipitation de minéraux carbonatés (Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP) est un procédé utilisé dans le domaine de la géotechnique et de la préservation du patrimoine pour améliorer les propriétés mécaniques de sols peu cohésifs et milieux poreux granulaires ou pour cicatriser des fractures qui se forment dans les roches ou les bétons. En substitution à d’autres matériaux cimentaires, cette technique apparaît comme une alternative bas carbone d’ingénierie environnementale durable.

Les bactéries uréolytiques, en particulier, induisent la précipitation de carbonate de calcium via la consommation d’urée et une hausse concomitante du pH au voisinage de la membrane des cellules. La précipitation peut être homogène ou hétérogène dans le milieu poreux, mais ce sont les minéraux qui précipitent au contact entre 2 grains qui renforcent les propriétés mécaniques du milieu.

L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre le processus de bio-précipitation, avec un focus sur la distribution spatiale des bactéries et de la croissance des bio-minéraux au contact des grains. Pour y parvenir, le/la doctorant(e) qualifiera les paramètres intervenant dans la bio-précipitation: transport des réactifs et des bactéries, propriétés biologiques, et propriétés de surface des matériaux. L’approche proposée est centrée sur des expériences de microfluidique sur des milieux poreux modèles micro-fabriqués, qui seront complétées par des écoulements réactifs sur des colonnes de matériau granulaire pour valider ou entrevoir les limites de l’approche 2D. Le programme de travail inclut : (i) la fabrication de micro-modèles de complexité croissante ; (ii) la fonctionnalisation de ces micro-modèles pour atteindre des propriétés de surface favorables à l’adhésion des bactéries et à la croissance des minéraux aux contacts entre grains ; (iii) le développement de méthodes de mesure et de suivi du pH in situ ; et (iv) le traitement des données (analyse d’images).

Mots-clés : microfluidique, bio-précipitation, milieu poreux, MICP

Contexte de travail : La thèse se déroulera au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) dans l’équipe MechaBioFluidics qui a une forte expertise en microfluidique et microfabrication (plateforme de technologie du réseau national ReNaTech), en co-direction avec le Laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) dans l’équipe réactivité aux interfaces et biogéochimie, tous deux localisés sur le campus Belin-Roche de l’Université de Toulouse. Elle rentre dans le cadre du projet TIRIS Scalingup Microcoredeal qui vise au développement de micro-modèles avec un enjeu de conception et de fabrication milieu modèle vers milieu naturel. Elle s’inscrit dans le pilier Transitions durables du programme TIRIS (https://anr.fr/ProjetIA-22-EXES-0015), en lien avec les enjeux de transition énergétique, économies et meilleure valorisation des géo-ressources, et décarbonatation des usages.

Le profil attendu est celui d’un(e) étudiant(e) ayant de solides bases chimie-physique, géosciences environnementales, physique des fluides ou physique pour le vivant, ayant un goût pour les techniques de fabrication, le développement expérimental et le travail pluridisciplinaire. Une expérience en microfluidique et des compétences en imagerie et traitement d’images sont un plus. Le/la candidat(e) devra faire preuve d’une capacité de travail en équipe, de curiosité scientifique et d’esprit de synthèse.