Offres de thèses

Optimisation de la récupération de ressources des eaux usées par chenal à haut rendement algal

Ce sujet de thèse porte sur les technologies de récupération de ressources des eaux usées utilisant des microalgues. Une thèse précédemment menée au laboratoire a permis de démontrer les performances de traitement et de développer un modèle numérique d’un chenal à haut rendement algal de type « raceway ».

La présente étude s’inscrit dans la continuité de ces travaux. Un réacteur pilote est déjà présent au laboratoire.

L'utilisation des procédés couplant microalgues et bactéries présente un potentiel très intéressant. En effet, via la photosynthèse, les algues utilisent la lumière du soleil pour convertir le carbone minéral (CO2) et les nutriments contenus dans l'eau (azote, phosphore) en biomasse et en dioxygène (O2). Dans le même temps, les bactéries utilisent l'oxygène produits par les algues pour leur métabolisme conduisant à la dégradation des composés organiques et à l'oxydation de l'azote ammoniacal, tout en produisant les nitrates et le CO2 nécessaires aux algues.

Ce processus naturel ne nécessite pas d'apport d'énergie additionnel. De plus, le contenu des microalgues produites, riche en nutriment et en matière organique (lipides notamment), est valorisable comme biocarburant, fertilisant, etc. La lagune à haut rendement algal (LHRA) est un procédé mettant en œuvre ce consortium d'algues et de bactéries. Elle consiste en un chenal oblong ouvert d'une profondeur de 0,2 à 1 m. Le mélange est réalisé via une roue à aubes assurant une vitesse de circulation horizontale de 0,15 à 0,3 m/s. Des études précédentes ont montré que les LHRA peuvent éliminer plus de 90% de la Demande Chimique en Oxygène (DCO), 79% de l'azote total, plus de 90% de l'azote ammoniacal et 57% du phosphore total.

Un premier objectif sera de développer et fiabiliser le procédé pour faire face aux variations des conditions opératoires : temps de séjour hydraulique, intensité lumineuse, charge en nutriments et impact de la nitrification, recyclage de la biomasse, etc. Il s’agira de proposer une/des stratégie(s) pour maintenir la stabilité de la biomasse au sein du réacteur et les performances. Cela passe par une compréhension fine des processus biologiques et chimiques gouvernant la dynamique des microalgues et bactéries présentes dans le système : analyses physico-chimiques, tests respirométriques, identification des souches présentes, analyse de scénarios utilisant le modèle numérique.

Le deuxième objectif sera l’étude du potentiel de valorisation de la biomasse produite en fonction de différentes hypothèses de fonctionnement. Différentes pistes seront explorées : méthanisation, production de biodiesel par transestérification, nutriments (N, P), composés à haute valeur ajoutée.

La thèse sera dirigée par Julien LAURENT, Maître de Conférences à l’Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de Strasbourg (ENGEES) et au laboratoire ICube. Le doctorant sera rattaché à l’équipe MecaFlu du laboratoire. Suivant les évolutions des travaux et les opportunités, des collaborations seront envisagées avec l’Université de Sciences et Technologies de Hanoï (USTH) pour l’application du procédé en conditions réelles dans un pays en voie de développement ainsi qu’avec l’Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (IBMP) pour l’identification par spectrométrie de masse des composés potentiellement valorisables au sein des algues produites.

Sujet de thèse détaillé :

File:DM - MecaFlu - Laurent - Detail.pdf

Contact J. Laurent

Elaboration et optimisation d’une méthode de mesure opto-acoustique pour l’étude du transport sédimentaire

Dans le cadre de la gestion sobre des ressources et de l’adaptation au changement climatique, un aspect important est la caractérisation des flux de polluants particulaires dans les écoulements urbains et naturels. La présence de ces polluants est actuellement principalement mesurée et quantifiée grâce à des turbidimètres optiques.

Or, plusieurs études récentes ont mis en évidence des résultats fortement erronés obtenus avec ce type d’instruments. Dans l’objectif de l’élaboration d’une nouvelle instrumentation, une approche originale de turbidimètre par voie optique résolue en temps sera étudiée et combinée aux réponses de transducteurs ultrasonores. Par la complémentarité physique des deux types de mesures, une estimation fiable des matières en suspension présentes dans les écoulements est attendue.

Ces travaux seront réalisés en étroite collaboration entre les équipes MécaFlu et SMH du Laboratoire ICube de Strasbourg et la société Ubertone susceptible de commercialiser cette instrumentation.

Contact : A. Pallarès anne.pallares@unistra.fr

Modélisation effective d'écoulements complexes dans les réseaux maillés : cas des inondations urbaines

Financement de thèse non attribué. Le sujet (avec des modifications mineures) sera reproposé pour la campagne 2019.

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  Pilote d'étude des inondations urbaines au sein du laboratoire Icube

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  Détail de l'écoulement dans un carrefour du pilote inondation Icube

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  Exemple de simulation de l'écoulement dans l'ensemble du pilote inondation Icube

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  Exemple de simulation 3D de l'écoulement dans un carrefour

Les inondations, notamment dans le contexte actuel du changement climatique, représentent le premier risque naturel. L'amélioration des méthodes de prévision des inondations assorties d'incertitudes, notamment en zone urbaine, est une priorité pour l'aide à la décision en matière d’aménagement du territoire et de protection des biens et des personnes.

Ainsi, cette thèse cherche à proposer des modèles physiques parcimonieux et fiables, tout en conservant des coûts de calcul réalistes, pour prédire les écoulements assortis de leurs incertitudes sur des plaines d’inondations complexes – incluant des écoulements maillés et / ou des zones urbanisées.

Sujet de thèse détaillé : File:2018_PhD_inundation_ED.pdf

Contact : P. Finaud-Guyot pascal.finaudguyot@engees.unistra.fr