Les missions du poste
Validation de matériaux catalytiques
Conditions de mise en oeuvre de catalyseurs pour l'oxydation avancée de micropolluants
Détermination de paramètres pour le changement d'échelle en réacteur fluidisé projection plasma
mise en forme de matériaux
évaluation de la dégradation de micropolluants en batch
évalaution de la désinfection
Le profil recherché
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.
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.
Bienvenue chez Doctorat.Gouv.Fr
Établissement : Université de Limoges École doctorale : Sciences et Ingénierie Laboratoire de recherche : Eau Environnement Limoges Direction de la thèse : MICHEL BAUDU ORCID 0000000186040510 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59 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 TiO 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 TiO avec le cuivre (Cu) pour améliorer son activité sous la lumière visible, (iii) l'intégration du TiO-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 (TiO-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 TiO-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). Dans la littérature, plusieurs procédés ont été explorés pour éliminer efficacement les micropolluants organiques dans l'eau. Parmi eux, la biodégradation, l'adsorption, les procédés membranaires ainsi que les procédés d'oxydation avancée (POA) figurent parmi les ceux ayant fait l'objet de nombreuses recherches [6], [7]. Parmi les POA, la photocatalyse hétérogène à base de semi-conducteurs s'est imposée comme une technologie prometteuse, capable de minéraliser totalement divers micropolluants organiques sous l'action de la lumière naturelle ou artificielle [7], [8], [9]. La photocatalyse par les semi-conducteurs offre de larges perspectives de développement en décontamination des eaux [10]. Parmi les semi-conducteurs disponibles, le dioxyde de titane (TiO) demeure le photocatalyseur le plus largement étudié, en raison de son fort pouvoir oxydant, de sa stabilité chimique, de sa disponibilité abondante et de son faible coût [7], [9], [11]. Toutefois, malgré sa maturité scientifique, plusieurs verrous freinent son déploiement à grande échelle. Premièrement, son efficacité catalytique dépend fortement d'une irradiation dans l'ultraviolet (UV), en raison de sa large bande interdite élevée (~3,2 eV), limitant son activation sous lumière visible. Deuxièmement, le TiO est souvent utilisé sous forme de nanoparticules, rendant sa récupération difficile et soulevant des préoccupations toxicologiques, d'autant plus qu'il est classé comme cancérogène possible par le Centre International de Recherche sur le Cancer [12]. Troisièmement, la recombinaison rapide des paires électron-trou générées lors de l'irradiation limite la production d'espèces réactives, réduisant ainsi son efficacité photocatalytique [12]. Afin de surmonter ces limitations, diverses stratégies ont été développées, notamment le dopage avec des métaux de transition, visant à modifier la bande interdite du TiO pour permettre son activation sous lumière visible [12], ainsi que l'immobilisation du catalyseur sur des supports solides afin d'en faciliter la récupération et la réutilisation. Parmi les approches les plus prometteuses figure le dopage au cuivre (Cu-TiO), qui permet non seulement une meilleure absorption dans le domaine visible, mais aussi une diminution de la recombinaison des charges photogénérées [3], [13], [14].
Dans ce contexte, ce projet de recherche a pour but d'évaluer, à l'échelle laboratoire en batch puis en réacteur de type lit fluidisé, le potentiel photocatalytique du TiO2 dopé par le cuivre (Cu-TiO) pour la dégradation de micropolluants et pour la décontamination microbiologique des eaux. Plus précisément, cette étude vise à optimiser l'activité photocatalytique du Cu-TiO, préparé par projection plasma, sous lumière visible. L'efficacité du Cu-TiO2 sera également comparée à un POA classique qui combine H2O2 et l'irradiation UV (UV-A/H2O2).
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 TiO 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 TiO avec le cuivre (Cu) pour améliorer son activité sous la lumière visible, (iii) l'intégration du TiO-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 (TiO-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 TiO-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). Dans la littérature, plusieurs procédés ont été explorés pour éliminer efficacement les micropolluants organiques dans l'eau. Parmi eux, la biodégradation, l'adsorption, les procédés membranaires ainsi que les procédés d'oxydation avancée (POA) figurent parmi les ceux ayant fait l'objet de nombreuses recherches [6], [7]. Parmi les POA, la photocatalyse hétérogène à base de semi-conducteurs s'est imposée comme une technologie prometteuse, capable de minéraliser totalement divers micropolluants organiques sous l'action de la lumière naturelle ou artificielle [7], [8], [9]. La photocatalyse par les semi-conducteurs offre de larges perspectives de développement en décontamination des eaux [10]. Parmi les semi-conducteurs disponibles, le dioxyde de titane (TiO) demeure le photocatalyseur le plus largement étudié, en raison de son fort pouvoir oxydant, de sa stabilité chimique, de sa disponibilité abondante et de son faible coût [7], [9], [11]. Toutefois, malgré sa maturité scientifique, plusieurs verrous freinent son déploiement à grande échelle. Premièrement, son efficacité catalytique dépend fortement d'une irradiation dans l'ultraviolet (UV), en raison de sa large bande interdite élevée (~3,2 eV), limitant son activation sous lumière visible. Deuxièmement, le TiO est souvent utilisé sous forme de nanoparticules, rendant sa récupération difficile et soulevant des préoccupations toxicologiques, d'autant plus qu'il est classé comme cancérogène possible par le Centre International de Recherche sur le Cancer [12]. Troisièmement, la recombinaison rapide des paires électron-trou générées lors de l'irradiation limite la production d'espèces réactives, réduisant ainsi son efficacité photocatalytique [12]. Afin de surmonter ces limitations, diverses stratégies ont été développées, notamment le dopage avec des métaux de transition, visant à modifier la bande interdite du TiO pour permettre son activation sous lumière visible [12], ainsi que l'immobilisation du catalyseur sur des supports solides afin d'en faciliter la récupération et la réutilisation. Parmi les approches les plus prometteuses figure le dopage au cuivre (Cu-TiO), qui permet non seulement une meilleure absorption dans le domaine visible, mais aussi une diminution de la recombinaison des charges photogénérées [3], [13], [14].
Dans ce contexte, ce projet de recherche a pour but d'évaluer, à l'échelle laboratoire en batch puis en réacteur de type lit fluidisé, le potentiel photocatalytique du TiO2 dopé par le cuivre (Cu-TiO) pour la dégradation de micropolluants et pour la décontamination microbiologique des eaux. Plus précisément, cette étude vise à optimiser l'activité photocatalytique du Cu-TiO, préparé par projection plasma, sous lumière visible. L'efficacité du Cu-TiO2 sera également comparée à un POA classique qui combine H2O2 et l'irradiation UV (UV-A/H2O2).
Publiée le 05/05/2026 - Réf : 35cb62c48b8ed0651da080ca63fb7b70
