Développement du procédé de traitement de l’eau polluée par congélation ANR WATERSAFE

Laboratoire/laboratory: LAGEPP (Laboratoire d’Automatique, de Génie des Procédés et de Génie Pharmaceutique). Equipes/teams : PRODIS/DYCOP. Université Claude Bernard Lyon 1.

Encadrants/supervisors: Pr. Melaz Tayakout, Dr. Claudia Cogné, Dr. Françoise Couenne, Dr. Aurélie Galfré.

Mots clefs/Keywords: dépollution de l’eau/ génie des procédé/modélisation/congélation ; wastewater treatment/chemical engineering/ modelisation/freezing

Date limite de candidature : 30/06/2021

Pour postuler : Curriculum vitae + lettre de motivations + bulletins de notes de Master 1 et 2 ou niveau équivalent.

Contact : Aurélie GALFRE (aurelie.galfre@univ-lyon1.fr).

Fiche FR/EN

Contexte

La détérioration de l’environnement par la production d’effluents pollués nocifs pour la faune et la flore et la diminution des ressources en eau potable sont des préoccupations mondiales. Le traitement des effluents aqueux par des technologies de remédiation durables adaptées aux contextes locaux en maitrisant l’impact environnemental de ces filières économiques est aujourd’hui un élément central de notre gestion environnementale. Le choix de ces technologies, s’appuie sur les critères suivants :

  • Technologie permettant de minimiser la consommation énergétique, les rejets et l’usage de produits chimiques toxiques/dangereux
  • Technologie nécessitant de faible investissement et maintenance.
  • Technologie hautement sélective et productive.

La congélation est un des procédés entrant dans ces critères. Ce procédé consiste à produire par cristallisation de la glace à haute pureté sur une paroi froide à partir d’un effluent aqueux. Au fur et à mesure de la formation de la glace, l’effluent liquide se concentre en polluants. Ce procédé s’avère particulièrement adapté au traitement d’eaux contenant des polluants solubles à faibles concentrations et haute toxicité. Il est aujourd’hui peu développé à l’échelle industrielle car la pureté de la glace est hétérogène et le rendement de production de la glace reste faible.

Le projet ANR WATERSAFE a pour objectif d’améliorer les performances du procédé de congélation en réalisant une étude d’intensification de procédé.

 

Sujet de thèse

Deux outils seront développés dans le cadre de la thèse afin de réaliser l’étude d’intensification du procédé de congélation : un pilote de laboratoire de cristallisation; une modélisation de la croissance de la glace dans la phase liquide. Ces outils, développés en parallèle au cours de cette thèse, permettront d’avoir une meilleure compréhension des phénomènes de cristallisation et de l’impact des conditions expérimentales sur la production et la qualité de la glace.

La première étape du projet consistera à valider la pertinence du mélange modèle sélectionné (mélange eau/acide phosphorique). L’acide phosphorique est un polluant connu participant à l’eutrophisation de l’eau. Des essais de cristallisation seront réalisés afin de vérifier le diagramme liquide/solide du système et ses propriétés thermodynamiques. Des essais cinétiques seront réalisés pour mesurer l’impact des conditions expérimentales sur la vitesse de croissance de la glace (par Cryo microscopie). La seconde étape consistera à monter un nouveau pilote de congélation de taille laboratoire permettant d’observer la formation de la glace en dynamique à partir d’un effluent synthétique. Ce pilote pourra fonctionner en mode discontinu et en mode semi continu sur la phase liquide. Il sera équipé d’un microscope numérique portable permettant d’observer finement la morphologie de la couche de glace en fonction des conditions opératoires, ainsi que d’un système d’analyse en ligne de la phase liquide (conductimétrie). Des essais de cristallisation dans des conditions expérimentales sélectionnées sur le pilote de cristallisation seront ensuite réalisés au cours de la thèse. La troisième étape, réalisée en parallèle de l’étape deux, sera de développer un modèle en utilisant la méthode du champ de phase permettant de représenter la croissance dynamique non isotherme de la glace en présence d’un effluent aqueux. La méthode du champ de phase est particulièrement performante pour représenter la forme des interfaces et l’inclusion de poches de liquide impur dans la glace. Le travail ici consistera à développer le code de calculs sur un logiciel de simulation de type Matlab et à ajuster les paramètres du modèle en s’appuyant sur les essais expérimentaux.

 

Laboratoire d’Accueil / Encadrement

Le Laboratoire d’Automatique, de Génie des Procédés et de Génie Pharmaceutique (UMR CNRS

5007) est un laboratoire de recherche de l’université Claude Bernard Lyon 1. Il est multidisciplinaire et couvre les domaines du génie des procédés, du génie des produits, du génie pharmaceutique et de la physicochimie. Les activités de recherche s’orientent autour de deux grands thèmes scientifiques :

  • Procédés et processus physicochimiques en milieux complexes dispersés et évolutifs (procédé d’élaboration de nanoparticules, cristallisation, lyophilisation).
  • Modélisation dynamique.
  • Programmation

Les travaux couvrent des aspects fondamentaux de compréhension et modélisation des phénomènes jusqu’au développement de produits dans les domaines pharmaceutique, cosmétique, énergie, alimentaire… Le LAGEPP est structuré en quatre équipes scientifiques qui regroupent les chercheurs et enseignants chercheurs spécialistes des trois domaines disciplinaires clés que sont l’automatique (pour les outils de simulation qui seront mis en œuvre), le génie des procédés et le génie pharmaceutique.

La personne recrutée rejoindra les équipes DYCOP et PRODIS. Elle sera encadrée par des spécialistes en congélation/ modélisation dynamique/ thermodynamique. Son site d’accueil est sur le campus Lyon-Tech La Doua (Villeurbanne).

 

Compétences développées durant la thèse : le caractère multidisciplinaire du sujet (développement de procédé, expérimentation, caractérisation des phases du système, modélisation), l’utilisation de divers appareillages (pilote de congélation avec suivi en ligne innovant, Cryo microscope, …) ainsi que le développement de codes de calculs permettront au candidat d’acquérir d’excellentes compétences dans le domaine du génie des procédés.

 

Profil du candidat/calendrier :

Le (la) candidat(e) aura une formation initiale en génie des procédés ou en physique. Une forte appétence pour la modélisation, le travail en équipe et l’expérimentation sont requises.

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