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Modélisation des processus de transformation de l’azote en digestion anaérobie : application à l’optimisation de la valorisation

Publiée le 21/04/2015

Description du poste

Offre de thèse :
Les politiques environnementales et énergétiques de ces dernières années ont abouti à un premier développement de la méthanisation en tant que filière de valorisation des déchets organiques tant dans le secteur agricole que dans celui des déchets organiques des ménages ou des industries. Ces filières ont d’abord été développées et optimisées dans un objectif de production d’énergie renouvelable et de maîtrise des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, d’autres fonctionnalités doivent aujourd’hui être considérées dans l’optimisation du procédé de méthanisation, notamment la production d’un digestat (résidu du procédé de méthanisation) valorisable en tant que fertilisant organique substituable aux engrais minéraux azotés.
Le travail de thèse proposé s’inscrit dans cette finalité de moyen terme en ayant pour objectif le développement d’un modèle numérique permettant de simuler, en plus de la production de biogaz, les concentrations des différentes formes d’azote organique et minéral dans le digestat en fonction des propriétés des substrats et des paramètres de digestion.
D’un point de vue opérationnel, le travail envisagé devra permettre d’optimiser les choix de déchets et les paramètres de digestion dans un objectif de maîtrise de la valeur agronomique des digestats et de maîtrise des émissions sur les étapes en aval de la digestion.
Pour ce faire, le travail de thèse se déroulera en trois étapes :

Tâche 1 : Caractérisation de la biodégradabilité anaérobie de l’azote organique au travers d’expérimentations batch.
Cette tâche visera à :
- Quantifier la biodégradabilité des différentes fractions biochimiques d’azote organique
- Identifier les voies de transformation de l’azote au cours de la dégradation anaérobie du carbone
- Conceptualiser les processus de transformation de l’azote en digestion anaérobie.
Pour ce faire, des expérimentations de digestion anaérobie seront menées à une échelle de laboratoire sur un grand nombre de déchets organiques méthanisables et couplés à des analyses chimiques et biochimiques.

Tâche 2 : Compréhension et modélisation des cinétiques des processus de transformation de l’azote au cours de la digestion anaérobie en réacteur pilote.
Cette tâche consistera à :
- Caractériser les cinétiques des processus de transformation de l’azote en digestion anaérobie.
- Développer un modèle numérique permettant de représenter ces processus et ajuster les paramètres associés.
- Valider le modèle développé.
Cette tâche mobilisera des expérimentations sur des pilotes d’une dizaine de litres dont le fonctionnement sera représentatif des conditions industrielles. Des suivis spécifiques seront réalisés pour étudier les processus de transformation et de minéralisation de l’azote organique et les processus d’assimilation de l’azote ammoniacal par les biomasses anaérobies. Les travaux de modélisation seront réalisés en s’appuyant sur les modèles existants (« Anaerobic Digestion Model n°1 ») et en les adaptant aux processus étudiés.

Tâche 3 : Evaluation numérique des possibilités de pilotage de la digestion anaérobie dans un objectif de maîtrise de la composition azotée du digestat.
Cette étape de la thèse devra aboutir à des données opérationnelles permettant de piloter et de dimensionner le procédé de digestion dans un objectif de production de fertilisant azoté et/ou de maîtrise des émissions sur les procédés en aval. En utilisant le modèle développé, elle consistera à :
- Etudier l’impact des choix de déchets et des paramètres de dimensionnement et de fonctionnement de la digestion anaérobie sur les formes azotées présentes dans les digestats.
- Définir des stratégies de digestion anaérobie en fonction d’objectifs en terme de composition azotée des digestats.

Durée de la thèse : Contrat de 36 mois d’octobre 2015 à fin septembre 2018.
Laboratoire d’accueil : Irstea, Centre de Rennes, Unité GERE
Ecole doctorale : Sciences De La Matière (SDLM), Université de Rennes 1.
Financement : Allocation de recherche du Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche.
Encadrement : La thèse sera encadrée par Romain Girault et dirigée par Anne Trémier.

Profil recherché

Master 2 ou diplôme d’ingénieur dans le domaine du génie des procédés biologiques. Des connaissances dans le domaine du traitement de l’eau et/ou des déchets sont nécessaires. Une expérience en simulation numérique, soit au travers de la formation initiale, soit au travers du stage de fin d’études serait un plus.
Enfin, le candidat devra faire la preuve d’un goût prononcé pour les travaux expérimentaux. Ses capacités rédactionnelles, en français et en anglais, seront évaluées lors du processus de sélection.

Modalités de candidature :
Envoyer CV et lettre de motivation
Date limite de candidature : 31/05/2015.
Possibilité d’envoi du sujet de thèse complet sur demande.

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