Thèse Procédé Intégré pour l'Extraction en Continu de Composés Bioactifs Issus de Microorganismes Marins Couplage Champs Électriques Pulsés Cep Solvants Verts et Enzymes H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Pau et des Pays de l'Adour École doctorale : Sciences Exactes et leurs Applications Laboratoire de recherche : Laboratoire des Sciences pour l'Ingénieur Appliquées à la Mécanique et au génie électrique Direction de la thèse : YVES LE GUER ORCID 0000000327810006 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-05T23:59:59 Le projet MARINEX vise à développer un procédé intégré innovant pour l'extraction en continu de composés bioactifs issus de microorganismes marins, basé sur la combinaison de Champs Électriques Pulsés (CEP), de solvants verts et de traitements enzymatiques. L'objectif global est de mettre en place une approche durable de bioraffinerie en cascade pour la valorisation de la biomasse marine et la récupération de composés bioactifs à haute valeur ajoutée présentant un potentiel d'application dans divers domaines, notamment les industries pharmaceutiques, cosmétiques, la chimie verte et l'agriculture.

Ce projet de thèse s'inscrit dans la continuité du programme ADEME-Graine MiACE-PEF, mené à l'Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA) entre 2022 et 2026, qui a conduit au développement d'un démonstrateur de prétraitement continu des microalgues par Champs Électriques Pulsés (CEP). Les travaux de recherche porteront sur l'optimisation de l'étape de prétraitement par CEP afin de contrôler la perméabilisation cellulaire et d'améliorer les transferts de matière, ainsi que sur le développement et l'utilisation de solvants verts adaptés pour l'extraction sélective de composés cibles. Une approche bio-inspirée sera mise en oeuvre afin d'étudier le couplage séquentiel des traitements CEP, solvants et enzymes, dans le but de maximiser les rendements d'extraction tout en préservant l'intégrité structurale et les fonctionnalités des molécules extraites.

Le procédé intégré sera évalué à travers des analyses environnementales et technico-économiques afin de déterminer sa durabilité et son potentiel d'industrialisation. Cette thèse multidisciplinaire associera la mécanique des fluides, le génie des procédés, la chimie verte et les biotechnologies innovantes au sein des laboratoires de recherche SIAME et IPREM de l'UPPA. Les travaux seront réalisés en étroite collaboration avec des partenaires académiques, notamment l'Université de Saragosse (Espagne), ainsi qu'avec des acteurs industriels.

Le doctorant ou la doctorante sera chargé(e) de mener des activités de recherche, de préparer des rapports scientifiques et des publications, et de participer à des réunions avec les partenaires et collaborateurs académiques et industriels. Il/elle devra également suivre les cours et formations proposés dans le cadre de l'École Doctorale des Sciences Exactes et de leurs Applications (ED 211). La valorisation durable des ressources biologiques marines constitue aujourd'hui un enjeu majeur pour le développement de nouvelles molécules à haute valeur ajoutée destinées aux secteurs pharmaceutique, cosmétique, agroalimentaire, agricole et de la chimie verte. Les microorganismes marins, notamment les microalgues, représentent une source prometteuse de composés bioactifs (pigments, lipides, protéines, polysaccharides, molécules antioxydantes, etc.) présentant des propriétés fonctionnelles et biologiques d'intérêt. Toutefois, l'exploitation industrielle de ces biomasses reste limitée par la complexité des matrices cellulaires, la faible efficacité des procédés conventionnels d'extraction et la nécessité de réduire l'impact environnemental des méthodes utilisées.

Dans ce contexte, les approches de bioraffinerie en cascade apparaissent comme une stratégie pertinente pour maximiser la valorisation de la biomasse en permettant l'extraction successive et sélective de différentes familles de composés. Le développement de procédés d'intensification utilisant des technologies innovantes, telles que les Champs Électriques Pulsés (CEP), offre de nouvelles perspectives pour améliorer la perméabilisation cellulaire, favoriser les transferts de matière et réduire les consommations énergétiques et chimiques.

Par ailleurs, l'utilisation de solvants verts, notamment les solvants eutectiques naturels (NaDES), associée à des traitements enzymatiques, constitue une voie prometteuse pour remplacer les solvants organiques conventionnels et accroître la sélectivité des extractions. L'inspiration de mécanismes naturels marins (sécrétions, gradients osmotiques, interactions enzymatiques) permet également d'envisager des stratégies innovantes de couplage des procédés afin d'optimiser l'extraction tout en préservant l'intégrité des molécules d'intérêt.

Ce projet de thèse s'inscrit dans cette dynamique en proposant le développement d'un procédé intégré CEP-solvants verts-enzymes pour la valorisation durable des microorganismes marins. Il repose sur une approche multidisciplinaire combinant mécanique des fluides, génie des procédés, chimie verte, biotechnologies et évaluation de la durabilité. L'objectif principal de cette thèse est de développer un procédé intégré et durable d'extraction en continu de composés bioactifs issus de microorganismes marins, en combinant des technologies innovantes telles que les Champs Électriques Pulsés (CEP), les solvants verts et les traitements enzymatiques.
Les objectifs spécifiques sont :
Optimiser le prétraitement par CEP afin de contrôler la perméabilisation cellulaire, d'améliorer les transferts de matière et de favoriser une extraction sélective des composés d'intérêt.
Concevoir et évaluer des solvants verts adaptés aux matrices biologiques marines afin d'augmenter les rendements d'extraction tout en préservant les propriétés fonctionnelles des molécules ciblées.
Étudier le couplage séquentiel CEP-solvants-enzymes selon une approche bio-inspirée afin de développer une stratégie d'extraction en cascade efficace et sélective.
Caractériser les extraits obtenus et évaluer la préservation des composés bioactifs au cours du procédé.
Développer une compréhension fine des phénomènes de transfert et des mécanismes d'ouverture cellulaire grâce à une approche combinant expérimentation et modélisation.
Évaluer les performances environnementales et technico-économiques du procédé intégré afin d'en déterminer la durabilité et le potentiel de transfert vers des applications industrielles. La démarche scientifique reposera sur une approche intégrée combinant expérimentation, modélisation et évaluation de la durabilité du procédé. Les travaux seront organisés autour du développement et de l'optimisation d'une chaîne d'extraction en cascade associant Champs Électriques Pulsés (CEP), solvants verts et traitements enzymatiques.

Dans un premier temps, le prétraitement continu par CEP sera étudié afin d'identifier les conditions opératoires permettant une perméabilisation contrôlée des cellules de microorganismes marins. L'influence des paramètres électriques et hydrodynamiques (intensité du champ, fréquence, temps de traitement, conditions d'écoulement et temps de séjour) sera analysée afin d'optimiser les transferts de matière tout en préservant les composés d'intérêt.

Dans un second temps, des solvants verts adaptés aux matrices biologiques marines seront développés et caractérisés afin de favoriser une extraction sélective des molécules ciblées. Le couplage séquentiel des traitements CEP-solvants-enzymes sera ensuite étudié selon une approche bio-inspirée visant à reproduire des mécanismes naturels de libération et de récupération des biomolécules.

Les performances du procédé seront évaluées par des analyses physico-chimiques des extraits obtenus (composition, propriétés fonctionnelles, stabilité des molécules d'intérêt) ainsi que par l'étude des phénomènes de transfert associés. Une approche numérique basée sur la mécanique des fluides numérique (CFD) sera également mise en oeuvre pour modéliser les écoulements, les temps de séjour et les interactions entre hydrodynamique et traitement électrique au sein du réacteur continu.

Enfin, une analyse environnementale (analyse de cycle de vie, ACV) et une étude technico-économique permettront d'évaluer la pertinence globale du procédé développé et son potentiel de déploiement à plus grande échelle.