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L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

L’unité de recherche (UR) REVERSAAL (Réduire, réutiliser, valoriser les ressources des eaux résiduaires) d’INRAE Centre de Lyon-Grenoble-Auvergne Rhône-Alpes travaille principalement sur le traitement et la valorisation des eaux résiduaires (https://reversaal.inrae.fr/).

Les stations d’épuration évoluent vers des stations de récupération des ressources en eau, intégrant la valorisation du carbone organique dans une logique d’économie circulaire. La redirection en amont du traitement biologique permet de limiter l’oxydation du carbone et d’améliorer sa récupération sous forme de biogaz ou de co-produits valorisables. Les réacteurs biologiques à forte charge jouent un rôle clé dans cette redirection, mais leur performance épuratoire et de décantation est impactée par les fluctuations hydrauliques et organiques. L’optimisation de ces procédés nécessite une meilleure maîtrise des paramètres opératoires et des stratégies de séparation solide-liquide permettant de rediriger le carbone après le réacteur biologique. Cette thèse CIFRE, menée en collaboration avec le Groupe Saur, repose sur des essais en pilote et démonstrateur afin d’optimiser les réacteurs biologiques à forte charge en conditions réelles. L’étude s’inscrit dans le cadre du projet CAPTURE 2, porté par INRAE UR REVERSAAL et le Groupe Saur, qui explore l’intégration de la redirection physico-chimique et biologique du carbone.

L’approche proposée repose sur plusieurs étapes chronologiques :

• Impact des procédés de pré-traitement situés en amont;
• Optimisation des paramètres opératoires pour maximiser la redirection du carbone;
• Évaluation des stratégies de séparation solide-liquide des boues produites;
• Potentiel de valorisation des boues et impact sur la production de biogaz.

Une attention particulière sera portée à la dynamique microbienne et à la structuration des flocs dans les réacteurs biologiques. Des observations microscopiques, complétées si besoin par des analyses métagénomiques, permettront d’étudier la structure des flocs, les interactions entre populations bactériennes et la production d’exopolymères (EPS). Ces données seront analysées en lien avec la décantabilité des boues et leur potentiel de valorisation, notamment en biogaz.

Ce travail vise ainsi à améliorer la compréhension des mécanismes microbiologiques et physico-chimiques influençant la redirection du carbone dans les stations d’épuration et à optimiser les performances des procédés de traitement et de valorisation des ressources.

Vous serez plus particulièrement en charge de :

Évaluer les performances des réacteurs biologiques à forte charge en conditions dynamiques et analyser l’impact des prétraitements en amont : Des essais en continu sur une colonne pilote permettront d’évaluer la redirection du carbone organique en fonction des paramètres opératoires (temps de séjour, âge des boues, oxygène dissous) et du prétraitement en amont. La décantation primaire (avec ou sans réactifs chimiques) sera comparée à la filtration sur toile pour analyser leur impact sur la capture du carbone, la dynamique et la qualité des flocs. La mesure des fractions solubles, colloïdales et particulaires aidera à comprendre les mécanismes de biosorption, d’agrégation et de décantation. Une attention particulière sera portée à la structure et à la solidité des flocs, ainsi qu’à la composition des EPS (extraction et analyse quantitative/qualitative des formes carbonées et azotées par COT et NOT). Un suivi en temps réel par sondes spécifiques permettra de mesurer l’évolution des performances face aux variations de charge, aux fluctuations hydrauliques et aux épisodes pluvieux, en vue d’optimiser la régulation des flux et l’aération.

Optimiser les stratégies d’intensification des réacteurs biologiques à forte charge : Plusieurs stratégies d’intensification seront mises en œuvre pour améliorer les performances du procédé biologique à forte charge. L’ajout de chlorure ferrique (FeCl₃) sera testé pour renforcer la floculation, en favorisant la formation de boues plus compactes, denses et résistantes au cisaillement. L’efficacité de la séparation solide-liquide sera comparée selon différentes configurations, comme le doublement de la surface de décantation ou l’utilisation d’une filtration. L’impact sur la production de boues et leur potentiel méthanogène sera évalué via leur biodégradabilité, la part de matière organique facilement hydrolysable et leur aptitude à la digestion anaérobie. Le démonstrateur développé par le Groupe Saur offrira l’opportunité de confirmer à pleine échelle les résultats obtenus en conditions contrôlées.

Valoriser les résultats et définir des recommandations pour l’intégration à grande échelle : Les résultats seront diffusés par des publications scientifiques et valorisés au sein du Groupe Saur sous forme de recommandations techniques. Une analyse technico-économique, basée sur les résultats de la thèse, permettra d’estimer les coûts d’investissement et de fonctionnement liés au déploiement du procédé. L’optimisation des conditions opératoires et des stratégies d’intensification sera confrontée aux contraintes des infrastructures existantes. Enfin, l’impact des différentes configurations sur la stabilité du procédé, la robustesse face aux variations hydrauliques et la composition des communautés bactériennes sera intégré aux recommandations finales.

Conditions particulières d’activité: télétravail possible.

Formations et compétences recherchées

Master/Ingénieur (Bac+5)

Formation recommandée: Bac + 5 Génie des procédés, Génie chimique

Connaissances souhaitées: Opération de réacteurs, traitement des eaux usées, chimie réactionnelle, microbiologie appliquée, bonnes pratiques en laboratoire

Expérience appréciée: précédente expérience dans le domaine des eaux usées indispensable

Aptitudes recherchées: Maitrise de l’anglais (lu, écrit, parlé), analyse de données, de synthèse et rédactionnelle

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

Les personnes accueillies à INRAE, établissement public de recherche, sont soumises aux dispositions du Code de la fonction publique notamment en ce qui concerne l’obligation de neutralité et le respect du principe de laïcité. A ce titre, dans l’exercice de leurs fonctions, qu’elles soient ou non au contact du public, elles ne doivent pas manifester leurs convictions, par leur comportement ou leur tenue, qu’elles soient religieuses, philosophiques ou politiques.

Référence de l'offre

• Durée : 36 mois
• Début du contrat : 01/10/2025
• Rémunération : 2 200 € bruts selon grille de salaires INRAE