Agenda

La soutenance de thèse de Paul LHOSTE aura lieu le Mardi 30 Mai 2023 à 14h00 en Amphi 100 sur le site de l’ENSIACET à Labège.

Pour les personnes à distance, la soutenance sera également retransmise par visioconférence sur Zoom à cette adresse :

https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/96852167645?pwd=NVcxZkJMcEV6OU9XYjVSU0ZEbmJOZz09

Merci d’éteindre votre micro et votre caméra lors de l’accès à la visio.

La thèse s’intitule « La Technodiversité émergente de la mine urbaine : Etude interdisciplinaire du recyclage des batteries au plomb en Inde« .

Le jury sera composé de :

• Fabrice PATISSON, Professeur Ecole des Mines de Nancy, Institut Jean Lamour – Rapporteur
• Emmanuel GRIMAUD, Directeur de recherche CNRS, Laboratoire d’ethnologie et de sociologie comparative, Univ. Paris Nanterre, Rapporteur
• Martine MEIRELES MASBERNAT, Directrice de recherche CNRS, Laboratoire de Génie Chimique , Examinatrice
• Magali ROSSI, Maîtresse de conférences Université Savoie Mont-Blanc, laboratoire Environnements, Dynamiques et Territoires de Montagne (EDYTEM) , Examinatrice
• Laurent CASSAYRE, Directeur de recherche CNRS, LGC, Directeur de thèse
• Yann-Philippe TASTEVIN, Chargé de recherche CNRS, IRL « Environnement, Santé, Sociétés » , Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD) , Co-directeur de thèse
• Mélina MACOUIN, Directrice de recherche CNRS, Géosciences Environnement Toulouse, Invitée

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Résumé :

Les batteries au plomb, incorporées dans toutes les voitures thermiques de la planète, constituent un objet emblématique des enjeux liés au recyclage et aux objectifs de l’économie circulaire. Des millions de batteries usagées, contenant chacune une dizaine de kg de plomb, viennent ainsi enrichir un gigantesque stock de déchets métalliques et alimenter la mine urbaine. Les motivations de la réutilisation du plomb combinent l’économie de ressources minières, la protection de l’environnement et la valeur monétaire qui peut en être retirée.

La simplicité apparente des opérations de recyclage des batteries au plomb a participé à l’émergence d’une technodiversité de procédés à travers le monde. Ainsi, en parallèle de filières industrielles bien établies, un recyclage artisanal s’est très largement développé dans les pays dits du Sud, avec plus de 20 000 sites informels estimés, répartis dans 90 pays. Si les normes environnementales ont poussé les sites industriels à limiter au maximum les émissions de ce métal toxique, le recyclage non-officiel est une source majeure d’exposition au plomb, contribuant aux 700 000 décès annuels attribuables au plomb dans les pays du Sud.

Certains aspects de ces procédés artisanaux, identifiés comme « trous noirs » de flux de batteries usagées et comme sources d’impacts sanitaires, sont très peu documentés et soulèvent de nombreuses questions, notamment autour des mondes sociaux du recyclage de métaux, des savoir-faire des recycleurs, de la (non) gestion des effets liés à la pollution, mais également de la nature des réactions chimiques mises en œuvre et des performances de ces procédés.

Le caractère multidimensionnel de ces questions a été abordé par une démarche interdisciplinaire mobilisant l’ethnographie, par le biais d’enquêtes de terrain menées dans l’état indien de l’Uttar Pradesh, le génie des procédés, focalisé sur la compréhension des réactions s’appuyant sur l’analyse chimique et le calcul thermodynamique, et enfin les géosciences pour caractériser l’impact environnemental par le prélèvement de marqueurs comme les sols ou la biomasse.

Cette approche a permis de documenter la conversion de batteries usagées en lingots de plomb, réalisée à 900 °C dans des fours de briques auto-construits, grâce à la simple utilisation de charbon et d’air, sans aucun moyen d’analyse ou de pilotage autre que l’expérience sensible des opérateurs. En particulier, si les conditions appliquées (température au sein du four, quantité de charbon utilisée) se rapprochent remarquablement de celles permettant une conversion optimale du plomb disponible, la rusticité de ces procédés implique des impacts environnementaux forts malgré l’existence de moyens simples permettant de les atténuer (p.ex. par réactions chimiques, filtration des cendres). La contamination au plomb dans les sols agricoles environnants a ainsi été mesurée à un niveau supérieur au critère d’alerte de l’UE dans un rayon de 400 m.

Abstract:

Lead acid batteries, contained in every thermal automobile over the globe, represent an iconic object of the stakes of recycling and the shift towards a more circular economy. Millions of used batteries, comprised of tens of kilograms of lead, are feeding a gigantic stock of metallic waste and therefore sustaining the urban mine. The motivations of lead reuse combine mineral ressources savings, environnement protection and the economic value that can be generated from it.

The apparent simplicity of lead acid batteries recycling operations has participated to the emergence of a process technodiversity accross the world. Simultaneously of the well established industrial sector, an artisanal recycling has widely developped in the so called Global South, with more than 20 000 informal sites estimated, spread in 90 countries. Even though the increasing environnemental norms have spured industrial sites to limit their toxic lead emissions, the non-official recycling sector is a major source of exposure, resulting in 700 000 annual casualties directly attributable to lead, mainly in the South.

Some aspects of those informal processes, identified as « black holes » of used lead acid batteries fluxes and health damaging sources, are barely documented and raise several questions, in particular  about the social communities of metal recycling, the operators know-how, of the (non) management of the pollution impacts, but also the nature of the chemical reactions intervening in these processes and their overall performances.

The multidimensional nature of those questions has been addressed by an interdisciplinary approach mobilising ethnographic studies, through fieldwork lead in the indian state of Uttar Pradesh, process engineering, with a focus on the chemical reactions understanding through chemical analysis and thermodynamic calculations, and finally, geoscience to quantify the environnemental impact by the sampling of indicators as soils or biomass.

This procedure has allowed to document the used batteries conversion into lead ingots, performed under 900 °C in the hearth of bricks self made furnaces, through the simple use of coal and air, without any other steering or analysing means than the sensitive experience of the operators. In particular, if the applied conditions (temperature, coal quantity) come close of those allowing an optimal available lead conversion, the process rusticity implies environnemental damages despite the implementation of simple attenuation means (as specific chemical reactions, ashes filtration). The lead contamination of the surroundings agricultural soils has been measured at a higher level than the alert threshold of EU environment protection agency in a radius of 400 m.

La soutenance de thèse aura lieu à huis-clos le vendredi 12 mai à 9h30 en salle des thèses dans le bâtiment de l’ENSIACET.

La thèse s’intitule ‘Gas/solid synthesis, characterization, and properties of ozonized cyclodextrins: from process development studies and material design to biological applications‘, dirigée par Jean-Philippe Torré (LGC) et Frédéric Violleau (EIP).

Le jury sera composé de : 

• Pierre BRAT, Directeur de recherche, CIRAD MONTPELLIER- Rapporteur
• Jean-Marc SOTIROPOULOS, Directeur de recherche du CNRS, UNIVERSITE DE PAU ET DES PAYS DE L ADOUR-Rapporteur
• Dominique WOLBERT, Professeur des universités, ECOLE NATIONALE SUP DE CHIMIE DE RENNES- Rapporteur
• Mme Marie-Hélène MANERO, Professeur, UNIVERSITE TOULOUSE 3-Co-encadrante
• Mme Christelle MIQUEU, Maître de conférences, UNIVERSITE DE PAU ET DES PAYS DE L ADOUR- Examinatrice
• Mme Marielle PAGES, Maître de conférences, EI PURPAN- Co-encadrante
• Jean-Philippe TORRE, Chargé de recherche, TOULOUSE INP- Directeur de thèse
• Frédéric VIOLLEAU, Maître de conférences, EI PURPAN- Co-directeur de thèse
• Yannick COPPEL, Ingénieur de recherche, CNRS – Invité
• Romain RICHARD, Maître de conférence, UNIVERSITE TOULOUSE 3- Invité

Soutenance de la thèse de Chavie Nkoua intitulée « Etude des propriétés anticorrosion de la couche se développant
sur un alliage d’aluminium de la série 5xxx sous l’action de micro-organismes marins. Vers la définition de nouveaux revêtements anticorrosion. »

le mercredi 19 avril à 14h amphi 100 à l’A7. Cette thèse a été effectuée dans le cadre du projet MICOATEC en codirection CIRIMAT (Christine BLANC) – LGC (Régine Basséguy).

La thèse s’intitule : « Etude spatiotemporelle des biofilms électroactifs multi-espèces à l’échelle microscopique par une approche microfluidique et optique »

Le jury sera composé de :

• Eric Trably, RapporteurDirecteurde Recherche. LBE – INRAE, Narbonne
• Mme Nelly Henry, Rapporteure Directrice de Recherche. LJP-CNRS/Sorbonne Université, Paris
• Stéphane Arbault, ExaminateurDirecteur de Recherche. CBMN-CNRS, Bordeaux
• Mme Elisabeth Girbal-Neuhauser, Examinatrice Professeure. LBAE, Auch
• Sébastien Teychené, Co-directeur de thèseMaître de conférences. LGC – CNRS, Toulouse
• Benjamin Erable, Directeur de thèseDirecteur de Recherche.LGC-CNRS, Toulouse

Vendredi 3 Mars 2023 à 9h00 en Amphi 100 sur le site de l’ENSIACET à Labège.

Pour les personnes à distance, la soutenance sera également retransmise par visioconférence sur Zoom à cette adresse :

https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/94063095397?pwd=N1dURW8zeTJVTVB5OGxBZEdCVFo3dz09

(Si besoin : ID de réunion : 940 6309 5397, Code secret : 600630)

Merci d’éteindre votre micro et votre caméra lors de l’accès à la visio.

La thèse s’intitule « Absorption réactive en écoulement de Taylor dans le contexte du lavage de gaz acides : Étude du transfert de matière dans les phases gaz et liquide« .

Le jury sera composé de :

• Jean-Marc COMMENGE, Professeur des universités, LRGP, Université de Lorraine – Rapporteur
• Diane THOMAS, Professeure des universités, Université de Mons, Rapporteure
• Jean-Michel RENEAUME, Professeur des universités, LATEP, Université de Pau et des Pays de l’Adour, Examinateur
• Régis PHILIPPE, Chargé de recherche, Laboratoire CP2M, CPE Lyon, Examinateur
• Renaud CADOURS, Docteur, TotalEnergies, Examinateur
• Carine JULCOUR, Directrice de recherche, LGC, Directrice de thèse
• David ROUZINEAU, Professeur des universités, LGC, Co-directeur de thèse
• Anne-Marie BILLET, Professeure des universités, LGC, Co-encadrante de thèse
• Céline VOLPI, Ingénieure, TotalEnergies, Invitée.

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Résumé :

La capture du CO2 présent dans le gaz naturel ou les effluents industriels est un enjeu économique et écologique majeur. Elle est conventionnellement réalisée par absorption réactive du gaz dans un solvant (solution aqueuse basique). Afin de répondre à une demande croissante en énergie, il est nécessaire d’améliorer les procédés de traitement par le biais de nouvelles technologies ou de nouveaux solvants. Ces solvants, après validation à l’échelle du laboratoire, doivent être entièrement caractérisés pour simuler les performances du procédé industriel.

Cette thèse s’est donc orientée sur le développement d’un pilote instrumenté, basé sur un milli-canal vertical parcouru par les phases gaz et liquide à étudier selon l’écoulement dit de Taylor, car son hydrodynamique contrôlée et les coefficients d’échange de masse élevés associés en font un outil avantageux de caractérisation thermodynamique et cinétique de nouveaux solvants pour l’absorption du gaz acide.

Il s’agit donc de caractériser les écoulements ainsi que les cinétiques de transferts et réactionnelles s’opérant au sein du canal, et ce pour un solvant d’intérêt pour l’industriel partenaire, la N-méthyldiéthanolamine (MDEA) en solution aqueuse. Avant d’aborder ce système, des études expérimentales sont réalisées pour évaluer séparément les coefficients de transfert de matière côté liquide (kL) et coté gaz (kG). En effet, la solubilité élevée du CO2 pouvant conduire à un effet non négligeable de la résistance côté gaz, cette contribution a dû être évaluée spécifiquement, car la littérature sur les écoulements de Taylor ne donne quasiment aucune information à ce sujet.

Les études sont menées à l’échelle d’un canal de diamètre interne 2 mm, avec une injection des phases à co-courant ascendant. Les expériences sont réalisées à températures modérées (<50°C) et une pression proche de l’atmosphère. La technique expérimentale retenue repose sur la mesure locale par ombroscopie de la variation de taille des bulles, respectivement lors de l’évaporation de l’acétate d’éthyle pour kG et lors de l’absorption réactive de CO2 pur dans la soude pour kL. Après extraction des caractéristiques de bulles par traitement d’images, des bilans de matière réalisés à l’échelle d’une cellule unitaire permettent l’obtention de coefficients locaux de transfert. Pour les systèmes réactifs (CO2-NaOH-H2O et N2-CO2-MDEA-H2O), des analyses chimiques des phases liquide et/ou gaz en entrée et sortie de canal permettent également l’obtention de coefficients globaux. À noter que ces systèmes nécessitent le calcul du facteur d’accélération du transfert par la réaction.

Les mesures ont révélé que le transfert côté gaz est extrêmement rapide, si bien que la plus grande part des variations de longueur de bulle mesurées dans les différentes zones de visualisation est en fait attribuable à l’évolution de pression le long du canal. Néanmoins, à l’aide du modèle phénoménologique développé, elles ont permis d’obtenir un ordre de grandeur du coefficient kG, autour de 10^-2 m.s^-1 dans les conditions étudiées.

Les valeurs locales de kL obtenues par absorption réactive du CO2 dans la soude se situent entre 1·10^-5 et 2,5·10^-4 m.s^-1. Elles suivent l’évolution croissante attendue avec la vitesse diphasique et sont en général plus faibles pour les bulles les plus longues. Les analyses en entrée-sortie des phases permettent de conforter l’ordre de grandeur obtenu par mesure locale pour la soude. Par ailleurs, les résultats obtenus avec la MDEA et le CO2 dilué ont permis de montrer que la résistance côté gaz est effectivement négligeable.

En complément, des simulations numériques directes sont effectuées sous COMSOL Multiphysics®. Elles permettent de suivre l’évolution des cellules unitaires le long du canal en résolvant pas à pas et de façon couplée l’hydrodynamique et le transport des espèces pour l’estimation des flux transférés. Elles viennent conforter les résultats expérimentaux pour les deux systèmes modèles.

Abstract:

The capture of CO2 present in natural gas or in industrial effluents is a major economic and ecological issue. It is conventionally performed by chemical absorption in a solvent (basic aqueous solution). In order to meet the growing demand for energy, the gas treatment processes must be improved by using new technologies or new solvents. These solvents, after validation at the laboratory scale, must be fully characterized to simulate the performance of the industrial process.

This thesis aims at developing an instrumented gas-liquid contactor, based on a vertical milli-channel operating in the Taylor flow regime: its controlled hydrodynamics and high mass transfer coefficients make it an opportune tool for thermodynamic and kinetic characterization of new solvents for acid gas absorption.

The objective of the work is to characterize the hydrodynamics, as well as the mass transfer and reaction kinetics for a solvent of interest for the industrial partner, aqueous solution of N-methyldiethanolamine (MDEA). Prior to the investigation of the chemical system, experimental studies are carried out to evaluate the liquid-side (kL) and the gas-side (kG) mass transfer coefficients individually. Indeed, the high solubility of CO2 may lead to a significant gas-side resistance whose contribution had to be evaluated specifically, since the open literature on Taylor flows gives almost no information in this field.

The experiments are carried out in a channel of 2 mm internal diameter, with co-current upflow of the phases. They are performed at moderate temperatures (<50°C) and atmospheric pressure. The selected technique consists in measuring, by use of a high-speed camera, bubble size variation while mass transfer operates along a short section of the channel: for kG estimation, evaporation of ethyl acetate into nitrogen bubbles is studied, and for kL estimation the reactive absorption of pure CO2 in aqueous NaOH is considered. After extraction of bubble characteristics by image processing, mass balances performed at the unit cell scale lead to local mass transfer coefficients. For the reactive systems (CO2-NaOH-H2O and N2-CO2-MDEA-H2O), chemical analyses of the liquid and/or gas phases at the inlet and outlet of the channel also give access to global coefficients. It should be noted that these systems require the calculation of the enhancement factor of the mass transfer due to the reaction.

The measurements revealed that gas-side mass transfer is fast, so that the pressure profile along the channel is responsible for most of the bubble length variations measured in the different visualization zones. Nonetheless, the developed phenomenological model provides an order of magnitude of the kG coefficient, in the range 10^-2 m.s^-1 in the studied conditions.

The local values of liquid-side coefficient obtained by the reactive absorption of CO2 in NaOH solutions are found between 1·10^-5 and 2.5·10^-4 m.s^-1.  increases with two-phase velocity and is usually lower for the longest bubbles. The input-output analyses of the phases lead to the same order of magnitude as local measures for NaOH. Otherwise, results for MDEA with diluted CO2 confirmed that gas-side resistance was indeed negligible.

In addition, direct numerical simulations are performed with COMSOL Multiphysics®. They follow the evolution of the unit cell along the channel by solving step by step and in a coupled way the hydrodynamics and the transport of the species for the estimation of the mass transfer fluxes. Model results are consistent with the experimental ones for both the model systems.

En 2023 c’est l’axe Ingénierie pour la santé qui organise ses Masterclasses.

Elles auront lieu les 16, 17, 24 et 25 janvier prochain, de 16h à 18h (à partir de 17h seulement pour le 25 janvier) sur le site de Labège.

Voici le programme actuel (il peut être soumis à légers changements) – les salles vous seront communiquées plus tard :

Lundi 16 Janvier
* Présentation du programme des Masterclasses – Fatima El Garah, Mallorie Tourbin
* Mécanismes biologiques
– Auto-assemblage aux interfaces biologiques – Kévin Roger
– Le génie électrochimique au cœur de la cellule – Alain Bergel
– Interactions hôte-pathogène – Ludovic Pilloux

Mardi 17 Janvier – Molécules bioactives
– Caractérisation de molécules naturelles – Jalloul Bouajila
– Mise en oeuvre de molécules bioactives pour le biocontrôle – Selma Snini, Julie Bornot
– Outils physico-chimiques pour la production de biomolécules – Barbora Lajoie
– Production de biomolécules – Sandra Beaufort

Mardi 24 Janvier – Procédés et matériaux pour la santé
– Procédés de cristallisation – Sébastien Teychené
– Procédés membranaires – Patrice Bacchin, Clémence Coetsier
– Nanoparticules/vectorisation – Mallorie Tourbin, Micheline Abbas

Mercredi 25 Janvier – Pilotage du système de santé
Hervé Pingaud

Contacts : Fatima El Garah et Mallorie Tourbin

La thèse s’intitule « Approche centrée données massives et intelligence artificielle pour l’évaluation des systèmes industriels durables et circulaires : Application à la valorisation des déchets lignocellulosiques » et est encadrée par Jean-Pierre Belaud et Gilles Hétreux

Le jury sera composé de :

• Jean-Marc COMMENGE, Professeur des universités, LRGP, Université de Lorraine – Rapporteur
• Dominique MILLET, Professeur des universités, Laboratoire COSMER, Université de Toulon – Rapporteur
• Valérie LAFOREST, Directrice de recherche, Institut Henri Fayol, Ecole nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne –  Examinatrice
• Pascal FLOQUET, Professeur des universités, Laboratoire de Génie Chimique, INP Toulouse –  Examinateur
• Gilles HÉTREUX, Maitre de conférence, Laboratoire de Génie Chimique, INP Toulouse – Directeur de thèse
• Jean-Pierre BELAUD, Maitre de conférence, Laboratoire de Génie Chimique, INP Toulouse –  Co-directeur de thèse
• Caroline SABLAYROLLES, Maitre de conférence, Laboratoire de Chimie AgroIndustrielle, INP Toulouse Invitée

Résumé de la thèse :

Ces dernières années ont vu l’émergence de plans d’action pour le climat, le développement durable ou l’environnement comme le plan européen « Green Deal » de janvier 2020. L’un des principaux plans d’action, intitulé « Plan d’action pour l’économie circulaire », propose d’utiliser le modèle d’économie circulaire pour simuler l’utilisation de modèles durables. Dans ce contexte, les procédés et systèmes industriels se veulent plus durables et circulaires. Pour évaluer cette durabilité, de nombreuses approches existent et nécessitent un besoin de données, d’informations et de connaissances croissant. Par la transition digitale et l’émergence des données massives, de nombreuses données sont disponibles pour les industries. Qu’elles soient structurées ou non, sous différents formats (PDF, XML, HTML), et de différents types (Web, bases de données, articles scientifiques), les sources de données sont potentiellement des mines de connaissances qui peuvent compléter les analyses de la durabilité. Allant souvent de pair avec les données massives, l’intelligence artificielle apporte des méthodes pour extraire, traiter, analyser et visualiser ces données. De nombreux outils et méthodes sont désormais disponibles à cette fin grâce aux techniques du « Big Data » ou de l’intelligence artificielle comme l’apprentissage automatique. L’évaluation des systèmes industriels durables et circulaires peut bénéficier de ces technologies.

Évaluer la durabilité d’un système ou d’un procédé regroupe maintenant un ensemble de méthodes en interaction les unes avec les autres. Cela s’explique par la quantité des données disponibles, la complexité grandissante des procédés industriels et des analyses de la durabilité plus globales. Les travaux de cette thèse s’intéressent à définir une approche centrée données massives et intelligence artificielle pour l’évaluation des systèmes industriels durables et circulaires. Un cadre méthodologique est développé afin de profiter des articles scientifiques et du web public, d’analyser ces données et de fournir un support pour aider à l’interprétation des résultats. Cette approche induit le couplage de quatre domaines d’intérêt : données massives, intelligence artificielle, analyses de la durabilité et procédés et systèmes industriels. La spécification de ce cadre permet de reconsidérer la façon d’exécuter les analyses de la durabilité. Il donne lieu à son application dans l’agro-industrie. Différentes trajectoires de valorisation des déchets lignocellulosiques sont étudiées selon deux principales dimensions, les intrants de type biomasse et les technologies de procédés. Ce cas d’étude soutient l’ingénierie circulaire et met à l’épreuve le cadre méthodologique proposé.

Thèse intitulée : « Conception et étude des performances d’une cellule de perméation pour la séparation du mélange huile de tournesol/ CO2 supercritique : Application à la réduction de la consommation énergétique du procédé d’extraction d’huiles végétales »

La soutenance aura lieu le 13/12 à partir de 14h à l’amphi de l’IUT de Génie Chimique (Adresse :Génie Chimique, Av. de Rangueil, 31400 Toulouse). La thèse étant confidentielle, les personnes qui souhaitent assister devront signer un engagement de confidentialité à parvenir par retour à ce mail ou le jour J avant le début de la soutenance.

Le jury de thèse sera composé de :

• Mme Elisabeth BADENS  , Professeur des universités, Laboratoire deMécanique, Modélisation & Procédés Propres- M2P2 (Marseille) :Rapporteure
• M. Eric FAVRE, Professeur des universités, Laboratoire Réactions et Génie des Procédés LRGP (Nancy) :  Rapporteur
• M. Pierre AIMAR, Directeur de recherche, Laboratoire de Génie Chimique – LGC (Toulouse):  Examinateur
• M. Stéphane SARRADE, Directeur de recherche, Centre d’Energie Atomique – CEA:  Examinateur
• Mme Audrey HERTZ , Ingénieure de recherche, Centre d’Energie Atomique – CEA: Examinatrice
• M. Jean-Stéphane CONDORET, Professeur des universités, Laboratoire de Génie Chimique – LGC (Toulouse):  Examinateur
• Mme. Séverine CAMY, Professeur des universités, Laboratoire de Génie Chimique – LGC (Toulouse): Co-directrice de thèse
• M. Jean-Christophe REMIGY, Professeur des universités, Laboratoire de Génie Chimique – LGC (Toulouse): Directeur de thèse.

Résumé de la thèse

L’utilisation du CO_2 supercritique comme solvant d’extraction a suscité un grand intérêt dans plusieurs domaines, notamment en agroalimentaire pour l’extraction des lipides et des huiles. Bien que ses propriétés physico-chimiques soient très favorables à son utilisation comme solvant d’extraction, les coûts énergétiques liés à son recyclage après une étape de récupération par décompression des produits extraits, limitent le développement de cette technologie à une échelle industrielle. L’insertion d’une membrane dans le procédé d’extraction au CO_2 -sc permet une réduction de cette consommation énergétique. Ce couplage a été déjà proposé pour des applications de séparation des mélanges CO_2 -sc/huiles essentielles mais rarement pour celles d’huiles végétales (produit à faible valeur ajoutée). Par conséquent, l’objectif de ce travail est de présenter une nouvelle stratégie permettant la séparation sélective d’un mélange CO_2 -sc/huile de tournesol en utilisant des membranes polymériques commerciales. L’implémentation et la mise en marche du procédé de séparation sont une des principales réalisations de ce travail. Les conditions de fonctionnement en milieu CO_2 -sc (haute pression) peuvent entrainer des modifications morphologiques dans les membranes polymériques, ce qui peut engendrer des effets négatifs sur les performances de séparation de ces membranes. Ainsi, une caractérisation détaillée de la stabilité chimique et physique des membranes est réalisée en utilisant des techniques telles que l’ATR-FTIR, le SAXS et le Time-Lag. Les résultats ont montré de faibles variations dans les proritées des membranes. Les perméabilités des membranes au CO_2 -sc pur sont déterminées pour plusieurs conditions de pression et de densités de flux de filtration. Son comportement en fonction de la pression du perméat est modélisé en utilisant le modèle solution-diffusion modifié. Il démontre une influence directe des conditions du CO_2 (fugacité et viscosité) et des propriétés structurales des membranes sur sa productivité. La perméabilité la plus élevée pour la membrane d’osmose inverse AG en polyamide réticulé est trouvée pour une pression de 180 bar, et est égale à 17 kg/(h.m^2 .bar) alors que celle de la membrane de nanofiltration PuraMem Flux avec une couche sélective en silicone est de 752 kg/(h.m^2 .bar). Les performances de filtration du mélange CO_2 -sc/huile de tournesol montrent une stabilité de la perméabilité observée au CO_2 -sc en fonction du temps grâce à une configuration innovante de la cellule de filtration. La rétention de l’huile est égale à environ 85% et s’avère indépendante des conditions de filtration (pression et densité de flux de filtration) pour la membrane PuraMem Flux. La perméabilité de cette membrane au CO_2 -sc diminue de 25% pendant les 40 premières minutes de filtration puis elle demeure constante pendant environ 38 heures de filtration. Par la suite, le coût de production de 1 kg d’huile de tournesol avec le procédé couplant les membranes et l’extraction au CO_2 -sc est évalué. L’utilisation des résultats de filtration obtenus avec la membrane PuraMem Flux montrent qu’il est possible de réduire le coût de plus de 90% par rapport à celui obtenu avec le procédé conventionnel qui opère par décompression pour la récupération de l’huile de tournesol, en considérant une pression transmembranaire de 60 bar, une durée de fonctionnement de 100 jours uniquement et un prix de membrane de 100 €/m^2 . Cette étude de la régénération du CO_2 avec des membranes montre l’intérêt ce procédé pour la réduction de la consommation énergétique du procédé supercritique et des coûts de production de produits de faible valeur ajoutée comme c’est le cas des huiles végétales.

Mots clés : CO_2 -sc, membranes polymériques, perméabilité, modèle solution-diffusion, rétention à l’huile de tournesol, consommation énergétique, coût de production de l’huile de tournesol.

Thèse intitulée:  » Etude de systèmes auto-assemblés à base de tensioactifs commerciaux non-ioniques non-polymérisables : application à la synthèse de matériaux membranaires polymères réticulés nanoporeux  »

La soutenance se déroulera le Mercredi 7 Décembre 2022 à 10h dans l’ amphithéâtre Shannon (Université Paul Sabatier, bâtiment U4 ).

Le jury sera composé de :

• Mr. Patrick GUENOUN , Directeur de recherche au Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire –CEA/Université Paris-Saclay (rapporteur)
• Mr. Denis BOUYER , Professeur des Universités à l’Institut Européen des Membranes – Université de Montpellier (rapporteur)
• Mme. Barbara LONETTI , Chargé de Recherche au Laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivités Chimiques et Photochimiques – Université Toulouse III Paul Sabatier (examinatrice)
• Mr. Damien QUEMENER , Professeur des Universités à l’Institut Européen des Membranes – Université de Montpellier (examinateur)
• Mme. Véronique RATAJ-NARDELLO , Professeur des Universités à l’Unité de Catalyse et Chimie du Solide – Université de Lille (examinatrice)
• Mr. Patrice BACCHIN , Professeur des Universités au Laboratoire de Génie Chimique – Université Toulouse III Paul Sabatier (examinateur)
• Mr. Jean-Christophe REMIGY , Professeur des Universités au Laboratoire de Génie Chimique – Université Toulouse III Paul Sabatier (directeur de thèse)
• Mr. Jean-François LAHITTE , Maître de Conférence au Laboratoire de Génie Chimique – Université Toulouse III Paul Sabatier (co-directeur de thèse)
• Mr. Kevin ROGER , Chargé de Recherche au Laboratoire de Génie Chimique – Institut National Polytechnique de Toulouse (membre invité)
• Mme. Martine MEIRELES-MASBERNAT , Directrice de Recherche au Laboratoire de Génie Chimique – Université Toulouse III Paul Sabatier (membre invité)

Soutenance de thèse intitulé : ‘Impact des propriétés physico-chimiques sur l’hydrodynamique et le transfert de matière des films ruisselant sur des surfaces corruguées‘ aura lieu le jeudi 1 décembre à 9h30 dans la salle des thèses de l’INP-ENSIACET.

Visioconférence :

https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/92560722057?pwd=VXhMSE5pTVBkTzZKUGU1RWYrRm90UT09

ID de la réunion : 925 6072 2057

Code secret : 01122022

Le jury sera composé de : 

• M. Olivier POTIER, Université de Lorraine, Rapporteur
• M. Hervé DUVAL, CentraleSupélec – Université de Paris Saclay, Rapporteur
• Mme Dominique TOYE, Université de Liège, Examinatrice
• Mme Karine LOUBIERE, INP Toulouse, Examinatrice
• M. David ROUZINEAU, INP Toulouse, Examinateur
• M. Michel MEYER, INP Toulouse, Directeur de thèse
• M. Pascal ALIX, IFPEN, Invité
• M. Emmanuel CID, INP Toulouse, Invité

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Résumé :
Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre des recherches qui visent à étudier les variations locales de l’hydrodynamique et du transfert de matière des écoulements en film mince, sur des surfaces complexes proches de celles des colonnes à garnissage structuré utilisées pour le captage du CO₂. Dans ces colonnes, le gaz à traiter qui s’écoule à contre-courant est mis en contact avec un solvant liquide. Ce dernier ruisselle sur les plaques de garnissage dont la géométrie a pour but de maximiser les taux de transfert de matière et de chaleur et l’aire de contact. Le taux de transfert est relié à l’hydrodynamique de l’écoulement au sein de ces garnissages.

Plusieurs paramètres jouent un rôle important sur les régimes d’écoulement dans ces garnissages parmi lesquels : la physico-chimie du solvant, le débit liquide, le débit gaz, la géométrie, l’état de surface des plaques et leurs inclinaisons. L’objectif de cette thèse est de caractériser expérimentalement l’écoulement en film mince ruisselant afin d’améliorer la compréhension et par suite le développement des modèles des écoulements diphasiques. Dans cette étude, les impacts des paramètres précités ont été étudiés en mesurant l’épaisseur du film liquide, la vitesse interfaciale et le transfert de matière côté liquide en utilisant des méthodes optiques non intrusive. Un dispositif expérimental a été conçu. Trois plaques (plane, corruguée transversale et une géométrie similaire au Mellapak^TM 250Y) ont été fabriquées pour caractériser le rôle de la géométrie sur la structure de l’écoulement. Deux fluides caractérisés par une faible tension de surface (  = 35 et 50 mN/m) et trois fluides caractérisés par une viscosité élevée (  = 5, 10 et 15 mPa.s) ont été utilisés. L’épaisseur du film liquide et la vitesse interfaciale ont été mesurées sur les trois plaques en appliquant une technique basée sur l’intensité de fluorescence. Le couplage des mesures d’épaisseur du film et de la vitesse interfaciale a permis de mieux cerner l’influence des paramètres étudiés sur les phénomènes d’instabilités observés.

Les taux de transfert de matière ont été estimés uniquement sur la plaque proche de celles composant un élément de garnissage Mellapak^TM 250Y. La méthode de temps de vie de fluorescence a été mise en œuvre pour des mesures à l’échelle locale. Cependant, les mesures de transfert de matière locales n’ont pas pu aboutir car la méthode s’est avérée inadaptée aux écoulements instables. Des pistes d’améliorations ont été identifiées, mais elles n’ont pas pu être mises en œuvre dans le cadre de cette thèse. L’absorption physique d’oxygène dans la phase liquide a été retenue à l’échelle globale de la plaque (prélèvements en entrée et en sortie du dispositif). Les mesures de transfert de matière globales ont permis d’estimer une dépendance du coefficient de transfert côté liquide par rapport aux débits gaz, liquide et en fonction de la physico-chimie des fluides. Ces résultats expérimentaux supporteront le développement des modèles d’écoulement diphasiques sur des géométries représentatives d’une plaque de garnissage, et notamment pour les calculs CFD.

Mots clés : Film mince liquide, propriétés physico-chimiques, capture du CO₂, transfert de matière, garnissage structuré.

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Abstract :
This thesis aims to study the local variations of hydrodynamics and mass transfers of thin-film flows on complex surfaces similar to those of structured packings in columns used for CO₂ capture. In these columns, the gas to be treated flows counter-currently with the liquid solvent trickling down over the packing plates. The geometry of the plates is designed to maximize the mass and heat transfer rates and the contact area. The transfer rate is related to the hydrodynamics of the flow within the packing.

Several parameters play an important role on the flow regimes in these packings that can be summarized as follows: the physico-chemical properties of the solvent, the liquid flow rate, the gas flow rate, the geometry, the surface condition of the plates and their inclination. The objective of this thesis is to experimentally characterize the thin-film flow in order to better understand and subsequently develop models of these two-phase flows. In this investigation, the impact of the above-mentioned parameters has been studied by measuring the liquid film thickness, interfacial velocity, and liquid side mass transfer using non-intrusive optical methods. For this purpose, an experimental device was designed. Three plates with three different geometries (flat, transverse corrugated, and a sheet very similar in structure to the Mellapak^TM 250Y) were manufactured to study the impact of the geometry on the flow structure. Two fluids characterized by a low surface tension (σ = 35 and 50 mN/m) and three fluids characterized by a high viscosity (μ = 5, 10 and 15 mPa.s) were used. The liquid film thickness and interfacial velocity were measured on the three plates by applying fluorescence techniques. Coupling film thickness and interfacial velocity measurements led to a deeper understanding of the influence of the studied parameters on the observed liquid instability phenomena.

Mass transfer rates were estimated only for the plate whose geometry is similar to a Mellapak^TM 250Y sheet. The fluorescence lifetime method was implemented for local scale measurements; however, these were unsuccessful due to limitations of the detection system. A physical absorption method was used for measurements at the global scale of the plate with liquid samples taken at the inlet and outlet. The local mass transfer measurements were not successful because the method is not adapted to unstable flows. Possible improvements have been identified, but they could not be implemented in this thesis. The global mass transfer measurements allowed to estimate the impact of the gas flow rate, the liquid flow rate, and the physico-chemical properties of the fluids on the liquid side mass transfer coefficient. These experimental results will support the development of two-phase flow models on a representative geometry of structured packing, and in particular for CFD calculations.

Keywords: thin liquid film, physico-chemical properties, CO₂ capture, mass transfer, structured packing.

28/11/2022 : Ingénierie du domaine colloïdal, Symposium et HDR de Kévin Roger

Amphi 300, ENSIACET

Contact : kevin.roger@cnrs.fr

Programme

09h30 : Symposium : Micro-Macro, le terrain de jeu colloïdal

• Guillaume Viau, Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets, TOULOUSE – Cristallisation de nanoparticules d’or en milieu oleylamine: la théorie classique de nucléation mise à l’épreuve
• Guillaume Galiero, Laboratoire de Fluides Complexes et Réservoirs, PAU – Dynamique interfaciale aux petites échelles via des outils de simulations moléculaires
• Mona Tréguer Delapierre, Institut de Chimie de la Matière Condensée, BORDEAUX – Synthèse et caractérisation de matériaux nanostructurées produisant des effets visuels inédits.
• Thomas Zemb, Institut de Chimie Séparative, MARCOULE – Contrôler la taille et la charge de nanodisques anti-viraux : quels défis à relever ?
• Michael Gradzielski, Institut für Chemie, TU BERLIN – Polyelectrolyte-Surfactant Complexes (PESCs) – Correlating Mesoscopic Structure and Rheological Properties
• Laurence Talini, Surface du Verre et Interfaces, AUBERVILLIERS – Evaporation de la phase dispersée d’une émulsion
• Véronique Schmitt, Centre de Recherche Paul Pascal, BORDEAUX – Formulation d’émulsions de Pickering stabilisées par des nanoparticules stimulables à partir de dextrane

12h Déjeuner, Cafétaria (sur inscription)

14h : Soutenance en vue d’obtenir l’habilitation à diriger les recherches, Kevin Roger, Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse Mésostructuration le long de chemins hors-équilibre : une ingénierie physicochimique des procédés de séchage, émulsification et précipitation

Soutenance de thèse intitulée : « Développement numérique et validation expérimentale d’internes dédiés aux colonnes concentriques énergétiquement intégrées HIDiC et basés sur une structure complexe innovante (POCS)”.

La soutenance se tiendra le jeudi 24 novembre 2022, à 9h30, à l’Amphi 100 de INP-ENSIACET à Toulouse (4 All. Emile Monso, 31030 Toulouse). La thèse est confidentielle et les participants (en présentiel) se verront remettre un engagement de confidentialité à signer et à remettre sur place.

Le jury sera composé de :

• M. Jens-Uwe REPKE, (Rapporteur) : Professeur, TU Berlin, Allemagne
• Mme Elisabetta BRUNAZZI, (Rapporteure) : Professeur, Università di Pisa, Italie
• Mme Xuan MEYER, (Examinatrice) : Professeur, INP Toulouse
• M. Frédéric TOPIN, (Examinateur) : Maitre de conférences, Aix-Marseille Université
• M. David ROUZINEAU, (Directeur de thèse) : Professeur, INP Toulouse
• M. Michel MEYER, (Codirecteur de thèse) : Professeur, INP Toulouse
• Mme Nathalie RAIMONDI, (Invité) : Maitre de conférences, Université Paul Sabatier
• M. David F. FLETCHER, (Invité) : Professeur, University of Sydney, Australie

Résumé :

Malgré leur utilisation intensive dans l’industrie chimique, les colonnes de distillation typiques restent des unités de séparation énergivores. Dans ces travaux de recherche, deux solutions clés sont considérées pour réduire la consommation d’énergie et réaliser une distillation plus respectueuse de l’environnement : développer des contacteurs gaz/liquide (G/L) efficaces et les utiliser à l’intérieur d’une colonne de distillation intégrée énergétiquement (Heat-Integrated Distillation Column, HIDiC). Cette dernière permet un transfert de chaleur de la section d’enrichissement à la section d’épuisement et réduit la consommation d’énergie au rebouilleur. Cet échange de chaleur est possible grâce à la différence de pression entre les deux zones, qui engendre une différence de température favorable. Une HIDiC concentrique équipée d’une technologie monobloc (garnissage et paroi interne) basée sur la structure de la cellule de Kelvin (KC) a permis de réaliser une économie d’énergie de 40% par rapport à une colonne de distillation classique pour la séparation d’un mélange standard de cyclohexane/n-heptane. La structure KC constitue le garnissage permettant à la fois l’intensification des transferts de chaleur et de matière. Cependant, sa capacité hydrodynamique est limitée, F_engorgement =1,1 Pa^0,5. Ces travaux visent à développer une structure complexe dédiée aux HIDiC concentriques qui présente une plus grande capacité et qui est efficace en transfert de matière et de chaleur.

La fabrication additive est une méthode de production adaptée pour éliminer les limitations de conception et réaliser une structure complexe sur mesure pour une application en colonne HIDiC. Pour limiter le large choix de conception, une structure complexe filaire, préalablement étudiée au LGC et appelée tétra-spline (TS), est choisie comme point de départ. Étant donné la flexibilité de la géométrie TS et les innombrables modifications possibles, il est essentiel d’établir une méthodologie pour différencier et optimiser les performances de la structure pour l’application prévue, HIDiC. Une méthodologie mixte de développement et de sélection, numérique et expérimentale, est établie et adaptée pour économiser du temps et des ressources. Tout d’abord, vingt-six structures sont comparées numériquement à l’aide de modèles monophasiques et en fonction de quatre paramètres : la perte de charge à sec (dP/dz) et le coefficient de transfert thermique (h), la conductivité thermique effective (ETC) et la surface géométrique spécifique (As). Ensuite, les trois meilleures géométries sont imprimées en polymère, testés et caractérisés expérimentalement pour définir leurs performances hydrodynamiques et de séparation. Ces dernières comprennent l’évaluation des pertes de charge à sec et mouillé, de la distribution des liquides et des gaz, de la hauteur équivalente à un plateau théorique (HEPT) et du point d’engorgement.

L’un des prototypes, une structure TS symétrique et périodique améliorée avec des éléments dédiés à la thermique, a démontré une capacité suffisante et une efficacité adéquate et stable dans la séparation, F_engorgement =2,6 Pa^0,5 et HEPT= 0,38 m. Par conséquent, ce prototype a été sélectionnée pour poursuivre l’étude. Plusieurs blocs, formant une colonne d’un mètre de hauteur et 145 mm de diamètre, sont imprimés en un alliage d’aluminium avec une paroi consolidée et un système d’assemblage étanche. Ses performances de transfert de chaleur avec changement de phase sont testées expérimentalement. D’après les résultats expérimentaux, elle est au moins aussi efficace thermiquement que la technologie précédente (structure KC). Enfin, une colonne de deux mètres équipés de la nouvelle technologie monobloc est testée dans le pilote concentrique HIDiC au LGC. La nouvelle technologie a montré un taux d’économie d’énergie de 40% par rapport à une colonne de distillation typique, avec une différence de pression de 0,35 mbar et le mélange standard cyclohexane/n-heptane. De ce fait, l’objective de ces travaux de recherche est atteint avec la conception d’une technologie capacitive et efficace en séparation et transfert de chaleur.

Mots-clés: HIDiC ; économie d’énergie ; distillation ; CFD ; garnissage structuré complexe ; fabrication additive

I have the great pleasure to invite you to my PhD defense on Thursday 24/11/2022 at 9:30 am, in Amphi 100 at INP-ENSIACET in Toulouse.

The thesis is entitled « Numerical development and experimental validation of concentric HIDiC internals based on an innovative complex structure (POCS)« .

The thesis is confidential; thus, the participants will be given a confidentiality agreement to sign and submit before entering the PhD defense room.

Abstract:

Despite their extensive use in the chemical industry, typical distillation columns are still energy-consuming separation units. In this research, two key solutions are recommended to minimize energy consumption and achieve a superior environmental-friendly distillation: developing efficient gas/liquid (G/L) contactors and using them inside a heat-integrated distillation column (HIDiC). The latter allows heat transfer from the rectifying section to the stripping one and reduces the energy consumption at the reboiler. Such heat exchange is possible owing to the pressure difference between the two zones, which produces a favorable temperature difference. A concentric HIDiC equipped with a monoblock (packing and internal wall) technology based on kelvin cell (KC) geometry, developed at the LGC in Toulouse, has proven an energy-saving rate of 40% compared to a conventional distillation column. However, its hydrodynamic capacity is limited, F_flooding =1.1 Pa^0.5. This research aims to develop a complex structured packing dedicated to concentric HIDiC that has a higher hydrodynamic capacity and is efficient in mass and heat transfer.

Additive manufacturing (AM) is the adapted production method to eliminate design limitations and make a tailored complex structure for HIDiC. To narrow the design choice, a known wire-based complex structure called Tetraspline (TS), is chosen as the starting point. Given the TS geometric flexibility and the uncountable possible modifications, it is essential to establish a methodology to differentiate and optimize the structure’s performance for the intended application, HIDiC. A mixed numerical and experimental development and selection methodology is established and adapted to save time and resources. First, twenty-six structures are compared numerically using single-phase models and according to four parameters: dry pressure drop (dP/dz) and heat transfer coefficient (h), effective thermal conductivity (ETC), and geometric-specific area (As). Then, the best three prototypes are 3d-printed in polymer, tested, and characterized experimentally for their hydrodynamic and separation performances. The latter includes the evaluation of dry and wet pressure drops, liquid and gas distribution, height equivalent to a theoretical plate (HETP), and flooding point.

One of the prototypes, an improved symmetric and periodic TS structure with a thermal-enhancing element, demonstrated a sufficient capacity and adequate and stable efficiency in separation, F_flooding =2.6 Pa^0.5 and HETP= 0.38 m. Therefore, it is selected as the new technology. Several blocks, forming a one-meter column with 145 mm diameter, are printed in an aluminum alloy with a consolidated wall and an airtight assembly system. It is tested experimentally for its performance in heat transfer with phase change. According to the experimental results, it is at least as thermally efficient as the previous technology (KC structure). Finally, A two-meter monoblock column equipped with the new technology is tested in the concentric HIDiC pilot at the LGC. The new technology showed a 40% energy-saving rate compared to a typical distillation column, with a pressure difference of 0.35 mbar.

Keywords: HIDiC; Energy-saving; Distillation; CFD; Complex structure packing; Additive manufacturing

Thèse intitulée :  « Développement d’un capteur électrochimique pour la détection des nitrates dans les eaux naturelles ».

Elle se tiendra le jeudi 17 novembre 2022, à 14h, à l’Amphi 2 de la Maison de la Recherche et de la Valorisation (MRV).

Le jury sera composé de :

• Dr. Laurent Bouffier (Rapporteur) : Chargé de recherche CNRS, Institut des Sciences Moléculaires, Bordeaux
• Dr. Florence Geneste (Rapporteure) : Directrice de recherche CNRS, Institut des Sciences Chimiques, Rennes
•  Pr. Pierre Chamelot (Examinateur) : Professeur, Laboratoire de Génie Chimique, Université de Toulouse III
• Pr. Pierre Gros (Examinateur) : Professeur, Laboratoire de Génie Chimique, Université de Toulouse III
• Dr. Mary-Lou Tercier Waeber (Examinatrice) : Ingénieure de recherche, Université de Genève, Suisse
• Dr. Carole Barus (Co-directrice de thèse) : Ingénieure de recherche CNRS, Laboratoire de Génie Chimique, Toulouse
• Dr. Laurent Massot (Directeur de thèse) : Maître de conférence, Laboratoire de Génie Chimique, Université de Toulouse III
• Dr. Arnaud David (Invité) : Ingénieur Recherche et Développement, nke Instrumentation, Hennebont

Résumé :

L’impact environnementale des nitrates (NO₃^–) dans les eaux naturelles est directement liés à leur concentration. En effet, les nitrates sont indispensables aux écosystèmes, assimilés par les plantes et le phytoplancton pour se développer lors de la photosynthèse. Les nitrates sont donc limitant de la production primaire. Cependant, des rejets excessifs de nitrates entraînent une pollution importante des eaux côtières et continentales via le processus d’eutrophisation. Le développement des capteurs in situ, autonomes, adaptables sur différents types de plateformes et de véhicules sous-marins est la clé pour suivre la concentration en nitrates et de répondre aux besoins de données à haute résolution spatiotemporelle. À ce jour, les capteurs disponibles pour la mesure in situ de la concentration en nitrates n’offrent pas des performances satisfaisantes en termes de sensibilité, de sélectivité et de portabilité. Ce travail fait partie intégrante du projet NESS : Nitrate Electrochemical SenSor, qui propose l’utilisation de méthodes électrochimiques pour la mesure des concentrations en nitrates dans les eaux naturelles sans traitement préalable de l’échantillon. La conception de nouveaux matériaux d’électrodes de travail est nécessaire afin d’atteindre les niveaux de sensibilité requis. Pour cela, deux stratégies sont étudiées : (i) la réalisation d’électrodes bimétalliques par électrodéposition de cuivre sur différents substrats métalliques, (ii) le traitement électrochimique de surface d’une électrode massive en cuivre. Les performances de toutes les électrodes formées sont évaluées en détectant les nitrates dans des matrices d’eau naturelles et artificielles par voltammétrie à vague carrée.

Mots clés : Nitrates, capteur électrochimique, dépôt électrolytique, modification de surface

Abstract:

The environmental impact of nitrates (NO₃^–) in natural waters depends directly its concentration. Indeed, nitrates are essential to ecosystems, used by plants and phytoplankton to grow via photosynthesis. Availability of nitrates then limits primary production. However, an excessive discharge of nitrate leads to severe pollutions of coastal and continental waters via eutrophication process. In order to monitor nitrate concentration and meet the needs of high spatial and temporal resolution data, in situ, autonomous sensors, adaptable on different types of platforms and under water vehicles are the key. So far, the sensors available for in situ nitrates monitoring are not providing satisfactory performances in terms of sensitivity, selectivity and portability. This work is part of the NESS: Nitrate Electrochemical SenSor project, which proposes the use of electrochemical methods for the measurement of nitrate concentrations in natural waters without prior treatment of the sample. The design of new working electrode materials is necessary in order to achieve the sensitivity levels required. For this purpose, two strategies are studied: (i) the conception of bimetallic electrodes by copper electrodeposition on different metallic substrates, (ii) the electrochemical surface treatment of a massive copper electrode. The performances of all formed electrodes are evaluated by detecting nitrates in natural and synthetic water matrices using square wave voltammetry.

Key words: Nitrates, electrochemical sensor, electrodeposition, surface modification

Sherif ABED

Ce congrès est le 12° de la série, il est d’occurrence rare puisqu’il a lieu que tous les 4 ans. Il regroupe l’ensemble des acteurs de la R&D concernant la séparation gaz/liquide : académique, industriels de type end users, équipementiers et ingénierie. 300 personnes sont attendues avec environ 50% d’industriels. Ce congrès a lieu sur 3 jours avec deux sessions en parallèle en plus des conférences plénières. Les thèmes scientifiques du congrès sont :

• Basic data

• Modelling, Simulation, Control (in particular assisted by hybrid modelling or use of IA methods)
• Hybrid and Multifunctional Processes (modularity, flexibility and intensification)
• Equipment Design, Technology and Innovation ( additive manifacturing, centrifugal separation,…)
• Process Operation and Troubleshooting
• Energy and Sustainability in separation processes (efficiency, renewable energy, CO2 capture, new concepts,…)
• Biobased Processes
• On-board Separation Processes (embedded processes in cars, boats, aircrafts, satellites)

Le comité de pilotage est composé de 5 membres dont 3 du LGC et est animé par M Meyer.

> Toutes les infos

Thèse intitulée « Le Kombucha de raisin : une solution de valorisation des sous-produits de l’industrie vitivinicole ».

Elle se tiendra le mardi 12 juillet 2022, à 14h, à l’Amphi 100 de l’ENSIACET.

Le jury sera composé de :

• M. Gilles De Revel (Professeur, Université de Bordeaux) – Rapporteur
• Mme Raphaëlle Tourdot (Maître de conférences, Université de Bourgogne) – Rapporteur
• M. Michel Afram (Professeur, Institut de recherche agronomique du Liban) – Examinateur
• M. Jean Michel Maixent (Professeur, Université de Poitiers) – Examinateur
• Mme Sandra Beaufort (Maître de conférences, INP Toulouse) – Examinatrice
• M. Jalloul Bouajila (Maître de conférences, INP Toulouse) – Examinateur
• Mme Patricia Taillandier (Professeur, INP Toulouse) – Co-directrice de thèse
• M. Youssef El Rayess (Maître de conférences, Université Saint-Esprit De Kaslik) – Co-directeur de thèse

Résumé :

La vinification est l’une des technologies les plus anciennes au monde. L’industrie du vin génère chaque année des tonnes de sous-produits tels que les eaux usées, les rafles, les lies, le marc. Les déchets agro-industriels ont un impact économique et environnemental important. Le concept de valorisation devient de plus en plus populaire ces dernières années. Grâce à leurs propriétés physico-chimiques, les déchets vitivinicoles sont transformés en une variété de produits tels que le compost, les additifs alimentaires, les compléments fertilisants et les aliments pour animaux.

Le Kombucha est une boisson traditionnelle généralement préparée par la fermentation de thé sucré par le SCOBY (Symbiotic Consortium of Bacteria and Yeasts). La consommation de Kombucha a été liée à des bienfaits pour la santé grâce à la présence de composés phénoliques et d’acides organiques. L’objectif de ce projet de recherche est de produire une boisson fonctionnelle par fermentation du marc de raisin avec le consortium microbien du Kombucha, afin de valoriser l’un des sous-produits de l’industrie vitivinicole. L’effet de différents paramètres de fermentation et de procédés sur les caractéristiques du Kombucha de marc de raisin a été évalué. La cinétique de fermentation, la composition chimique, les activités biologiques (in-vitro), les propriétés organoleptiques et la durée de conservation du produit développé ont été étudiés. De plus, une étude de marché a été menée pour évaluer l’intérêt du consommateur à essayer une nouvelle boisson.

Mots-clés : Kombucha ; sous-produits du vin ; marc de raisin ; fermentation ; SCOBY ; valorisation.

Assises de la recherche en ingénierie 4-8 juillet, à l’université Toulouse Jean Jaurès :

Le programme des plénières et des ateliers est en ligne ; inscription obligatoire (gratuite, déjeuner inclus) : http://asri2022-toulouse.fr/fr/le-programme/les-ateliers.html

Le programme alternera des plénières le matin et des ateliers l’après midi, dont plusieurs seront animés par des membres du LGC.

VENEZ ! vous serez agréablement étonné par le panel des conférences, la qualité des orateurs et la variété des sujets et leur pertinence pour l’ingénierie de demain.

Inscription gratuite mais obligatoire, et incluant le déjeuner pour garantir la logistique sur le lieu d’accueil de l’UT2J. participants escomptés : 300 personnes.

Résumé

Les « Assises de la Recherche en Ingénierie : Sciences en conscience, enjeux écologiques et de société »  ont pour objectif de confronter les acteurs de la recherche en  ingénierie aux enjeux de la transition énergétique, des changements globaux et leurs impacts sur les sociétés. Tenir des Assises de la Recherche en Ingénierie à Toulouse vient de la nécessité de réinterroger nos disciplines et nos activités au regard du contexte des changements globaux, des enjeux écologiques associés et de leurs répercussions sur les sociétés. Quel doit être à l’avenir le rôle de la Recherche et des Sciences de l’Ingénierie ? Comment repenser les relations avec la formation aussi bien que les missions des métiers d’ingénieur et de chercheurs/chercheuses? Quelles technologies développer en prenant en compte l’exigence de décarbonation, la finitude des ressources, la durabilité des productions, les besoins sociaux et les aspirations sociétales ? Comment mieux faire dialoguer les recherches en ingénierie avec les sciences humaines et sociales?

17th European Symposium on Comminution & Classification (ESCC 2022)
27-29 June, 2022 – Toulouse, France

ESCC 2022 is on behalf of the Working Party « Comminution & Classification  » of the European Federation of Chemical Engineering (EFCE).

All abstracts are to be submitted online via the conference website: https://escc2022.sciencesconf.org/ before 15th January 2022.

La soutenance de thèse se déroulera le lundi 13 Juin à 14h dans l’amphi 100 de l’ENSIACET.

« Aluminium en milieu marin : de la biocorrosion à l’autobioprotection »

Le jury sera composé de :

• Philippe REFAIT(Université de La Rochelle, LaSIE), Rapporteur
• M. François-Xavier PERRIN(Université de Toulon, MAPIEM), Rapporteur
• Mme Karine GROENEN SERRANO (Université Toulouse III – Paul Sabatier, LGC), Examinatrice
• M. Benoit FORI (MECAPROTEC Toulouse), Examinateur
• Mme Régine BASSEGUY (INP Toulouse, LGC), Directrice de thèse
• Mme Marie-Line DELIA (INP Toulouse, LGC), Co-directrice de thèse

Résumé :

Les alliages d’aluminium sont couramment utilisés dans le secteur de l’industrie pour leurs nombreux atouts, notamment en termes de légèreté, conductivité thermique et électrique, ainsi que pour leur bonne résistance à la corrosion. En effet, les alliages d’aluminium se recouvrent spontanément d’une couche d’oxyde passif ayant une fonction protectrice. Cette protection n’est pas suffisante dans le milieu marin, environnement très agressif par sa forte concentration en chlorure déstabilisant la couche d’oxyde passif et par la quantité de microorganismes présents. Ces derniers sont capables de catalyser les réactions de corrosion, phénomène désigné par le terme de MIC pour Microbiologically Influenced Corrosion. Actuellement, les méthodes de protection utilisées par l’industrie ne sont pas satisfaisantes d’un point de vue économique et environnemental. La recherche de nouvelles solutions est donc essentielle.

L’objectif de ce travail est d’évaluer l’intérêt d’une protection de l’alliage d’aluminium 5083 qui résulterait des modifications de surface induites par des microorganismes issus de sédiments de marais salants. En effet, si de nombreux microorganismes sont responsables de MIC, certains sont connus pour inhiber la corrosion, via des phénomènes comme la biominéralisation.

Les modifications de surface, obtenues par immersion de plaques d’alliage d’aluminium dans un milieu, eau de mer et sédiments de marais salants, ont été suivies par voie électrochimique (potentiel libre, courant de corrosion, impédance, sensibilité à la piqûre). Des observations au microscope électronique à balayage ont été effectuées en coupe et en surface, après immersion.

Pendant l’immersion, une couche à double structure se forme à la surface des plaques, protégeant celle-ci de la corrosion ultérieure. Ces résultats, couplés avec les analyses du biofilm formé sur la plaque, ont donné des clés de compréhension des mécanismes mis en œuvre.

Abstract :

Aluminium alloys are widely used by various industries for their numerous advantages, especially in regard to lightness, thermal and electrical conductivity, along with their good resistance to corrosion. Indeed, aluminium alloys naturally develop a passive oxide layer that protects them from corrosion. In marine environment, this protection is not effective because of the high concentration of chloride, which destabilizes the passive oxide layer and the high number of micro-organisms present. These microorganisms are responsible for catalyzing corrosion reactions, a phenomenon known as MIC (Microbiologically Influenced Corrosion). Currently, the protection methods used by the industry are not satisfying from an economic and ecological point of view and the search for new solutions is crucial.

The objective of this research work is to assess the interest of a protection of the 5083 aluminium alloy as a result of surface modifications developed by microorganisms from salt marsh sediments. Indeed, while many microorganisms are responsible for MIC, others are known to inhibit corrosion, via phenomena such as biomineralization.

Surface modifications were obtained by immersing the aluminium alloy plates in a medium of seawater and salt marsh sediments, monitored electrochemically (corrosion potential, corrosion current, impedance, pitting sensitivity). Scanning electron microscope observations were performed on the cross-section and surface, after immersion..

During the immersion, a double-structure layer was formed on the surface of the plates, protecting it from further corrosion. These results, paired with the analysis of the biofilm developed on the plate, gave the keys to understand the mechanisms at work.

As you may know, the 32nd European Symposium on Computer-Aided Process  Engineering (ESCAPE-32) will take place in Toulouse, France from Sunday, June 12th to Wednesday, June 15th, 2022.

This Symposium is an opportunity to present your work to the research and scientific community, in one of these topics:
Modelling and Simulation
Product/ Process Synthesis and  Design
Large Scale Design and Planning /Scheduling
On Line Model Based Applications and Control
Concepts, Methods and Tools
Digitalization and Artificial Intelligence
CAPE Applications Addressing Societal Challenges
Education in CAPE and Knowledge Transfer

To submit, please use the template downloadable on ESCAPE-32 website.
Submissions are open until 1st september 2021.
Do not hesitate to submit your abstract!

Soutenance de thèse aura lieu le lundi 23 mai à 10h à la salle des thèses de l’ENSIACET.

La thèse s’intitule : « Pyrolyse et vapogazéification des CSR en lit fluidisé entre 700 et 850°C : production d’un gaz de synthèse riche en hydrogène« 

Lien zoom pour la soutenance :

https://zoom.us/j/94245833949?pwd=dlJqS3FBeHRlQTRicUNRTFJ6RFQ2Zz09

ID de réunion : 942 4583 3949
Code secret : r7DmuK

Le jury sera composé de :

Mme Claire COURSON, Université de Strasbourg,  Rapporteure
M. Yann ROGAUME, Université de Lorraine, Rapporteur
M. Khashayar SALEH, Université Technologique de Compiègne, Examinateur
Mme Catherine AZZARO-PANTEL, Laboratoire de Génie Chimique, Examinatrice
M. Xavier LEFEBVRE, INSA Toulouse, Examinateur
M. Mehrdji HEMATI, Laboratoire de Génie Chimique, Directeur de thèse
M. Maxime Hervy, ENGIE Lab CRIGEN, Invité
M. Yilmaz Kara, ENGIE Lab CRIGEN, Invité

Résumé de la thèse :

Les procédés de gazéification sont essentiellement développés pour la conversion thermochimique de la biomasse lignocellulosique. Le bois, bien que reconnu comme renouvelable, est une ressource fortement soumise aux compétitions d’usage. Ainsi, les tensions qui apparaissent sur le marché du bois incitent les acteurs de la filière à diversifier très largement leurs approvisionnements vers des ressources plus atypiques telles que les résidus ligneux de tous genres, ou des déchets avec peu ou pas de débouché les CSR (Combustibles Solides de Récupération).

Cette étude est divisée en trois grands volets. Une étude paramétrique portant sur la pyrolyse et la vapogazéification des résidus solides dans un pilote de pyrogazéification en lit fluidisé entre 700 et 850°C. Les intrants utilisés sont le bois de pin, deux lots de CSR issus du tri des ordures ménagères et un lot de CSR issu de bois B. Cette étude a
permis de mettre en évidence l’effet des conditions opératoires (température, rapport massique H2O/intrant) ainsi que de la nature de l’intrant sur la composition et le rendement du syngas issu de l’étape de pyrolyse d’une part et de la vapogazéification d’autre part.

Le deuxième volet consiste en une étude cinétique consacrée à l’effet de la température et de la nature de l’atmosphère gazeuse du réacteur (inerte, réductrice et oxydante) sur les interactions chimiques entre un goudron modèle (toluène) et les particules d’olivine calcinée dans un mini-réacteur à lit fluidisé. Les résultats ont montré que ces interactions en modifiant les spéciations des oxydes de fer présents dans l’olivine ont des effets significatifs sur l’activation catalytique de l’olivine. Par ailleurs, les informations tirées de cette étude ont permis de mieux comprendre et analyser l’évolution des propriétés du syngas issu de la pyrogazéification en régime transitoire.

Enfin, une étude théorique de la modélisation et de la simulation du réacteur de gazéification en lit fluidisé intégrant les réactions de pyrolyse, de vapogazéification du char, de Water-Gas Shift et de reformage des goudrons. La confrontation entre les prédictions du modèle et les résultats expérimentaux ont permis de mieux comprendre l’effet des paramètres opératoires sur l’avancement de différentes réactions.

Abstract :

Steam-gasification processes were essentially developed for the thermochemical conversion of woody biomass. Even though wood is acknowledged as renewable feedstock, its many uses generate tensions on the woody biomass market, which prompted the actors of the sector to diversify their feedstock by making use of woody waste or waste with little to no valorization opportunities such as Refuse-Derived Fuels (RDF).

Three main parts constitute this work: first, we carried out a parametric study on the pyrolysis and steam-gasification of solid fuels in a pilot-scale fluidized-bed reactor between 700 at 850°C. The fuels used were pine wood, two RDFs originating from household waste and one RDF originating from furniture wood. This study revealed the influence of operating conditions (temperature, steam-to-fuel mass ratio) as well as fuel nature on syngas yield and composition during pyrolysis and steam-gasification.

The second part consists in a kinetic study on the effect of temperature and gaseous atmosphere (inert, reducing and oxidizing) on the interactions between a model tar (toluene) and calcined olivine in a small-scale fluidized bed reactor. Experimental results showed that these interactions alter iron oxides speciation which greatly affects the olivine’s catalytic activity. This study allowed for a better understanding of the behavior of the pilot-scale reactor in transient state.

Finally, we developed a gasification reactor model including pyrolysis, steam-gasification, tar cracking and Water-Gas Shift reactions. Confronting this model with our experimental results provided greater information on the influence of operating parameters on the conversion of the various reactions.

Bonne journée,

Thomas Esteves

Thèse intitulée Modèle mécanistique complet d’un bioréacteur à membranes immergées de très grande taille

Abstract :

Membrane bioreactors (MBRs) are successfully being adopted in super-large-scale (>100,000 m³.d^-1) applications due to several advantages, mainly superior and consistent effluent quality. Moreover, the significant reduction in the membrane and operating costs has contributed to its wider acceptance. Despite their considerable evolution in the recent past and large-scale applications in municipal wastewater treatment, fouling and the cost associated with its mitigation are still hot topics and need the attention of researchers and academia to optimize and reduce the expense of MBR in the range of the conventional activated sludge process (CASP). Mathematical modeling is a great tool to explore the model-based optimization of operating costs associated with fouling mitigation strategies. For this, a comprehensive and integrated process model is required to be adapted, calibrated, and validated at a super-large-scale facility.

MBR involves complex interactions between biology and filtration, and its modeling is a challenge without considering these interactions. In the recent past, integrated models have been developed and applied to MBRs, mostly ranging from bench to pilot scales and rarely for full-scale facilities of capacity up to 15,000 m³.d^-1 In this work, a super-large-scale MBR plant with a design capacity of 348,000 m³.d^-1 is dynamically modeled to simulate the depollution and filtration-fouling processes.

The integrated model combines biochemical (ASM3-SMP-EPS-Bio-P, aeration, chemical precipitation), resistance in series (RIS) fouling, and energy sub-models. The comprehensive, integrated model is capable of simulating a) biological processes to describe the stoichio-kinetic activity of the biomass for carbon oxidation and nutrient removal (i.e., Nitrogen and Phosphorus) coupled with EPS-SMP production and degradation processes; b) the role of biological process aeration in carbon oxidation and nitrification under the influence of MLSS; c) the numerical balance of the volumes of the influent, effluent, sludge and all internal and external recirculation; d) coagulant addition inducing chemically enhanced phosphorus removal (CEPR) in addition to enhanced biological phosphorus removal (EBPR); e) fouling dynamics associated with synchronized filtration-relaxation, intermittent air-scouring and backwashing under the influence of transmembrane pressure (TMP), temperature, MLSS, and bound EPSs concentration, and f) specific energy consumption. The model was calibrated using one-week data collected during the first experimental campaign and was then validated against 92 days of data from the plant with and without the addition of FeCl₃.

The calibrated integrated model provided an acceptable correspondence for pollutants (COD, NO_x, NH₄, PO₄^3-, MLSS, EPSs, and SMPs) removal and prediction of the TMP, a direct indicator for fouling development. The model successfully produced acceptable datasets not available from routine measurements, e.g., the evolution of the biomass and transformation of the pollutants in each of the reactors in series. Moreover, the model can provide detailed insights into reversible and irreversible fouling dynamics under the synchronized influence of multiple fouling abatement controls, including filtration -relaxation, intermittent air-scouring, and backwashing.

In order to be used for the development of model-based controls and intelligent decision-making tools to optimize the functioning of the full-scale MBRs, particularly the air-scouring and activation and de-activation of the chemical washes to save energy and chemicals, this model would have to be validated in fouling conditions. Since it was not possible to test the limits of the model, the sensitivity analysis approach was investigated.

RÉSUMÉ

Les bioréacteurs à membrane (BaM) sont utilisés dans des applications de traitement des eaux usées à très grande échelle avec succès (>100 000 m³.d^-1) en raison de plusieurs avantages, principalement une qualité d’effluent supérieure et constante. De plus, la baisse importante des couts des membranes et d’exploitation a contribué à cette acceptation plus large, même sur ce marché sensible economiquement. Malgré leur évolution considérable dans un passé récent et les applications à grande échelle dans le traitement des eaux usées municipales, le colmatage des membranes et le coût associé à sa limitation sont encore des sujets d’actualité et nécessitent des travaux pour faire baisser les dépenses du BaM vers des valeurs comparables à celles du processus classique de traitement des boues activées (BAC). La modélisation mathématique est un excellent outil pour l’optimisation, fondée sur des modèles, des coûts d’exploitation associés aux stratégies de limitation du colmatage, en particulier l’aération de la membrane, qui est le principal facteur contribuant aux coûts énergétiques des BaM. Jusqu’ici le travail nécessaire d’adaptation calibration et validation d’un modèle intégré n’avait pas encore été mené sur une installation à très grande échelle.

Le BaM met en jeu des interactions complexes entre la biologie, la filtration et le colmatage, et sa modélisation est une tâche difficile en tenant compte de ces interactions. Dans le passé récent, des modèles intégrés ont été élaborés et appliqués aux BaM, principalement à l’échelle pilote, et rarement pour les installations à grande échelle de capacités allant jusqu’à 15 000 m³.d^-1, et aucune étude de modélisation n’a été réalisée pour des installations à très grande échelle à ce jour. Dans ce travail, une usine concue sur la base d’un BaM à très grande échelle avec une capacité de traitement de 348000 m³.d^-1 est modélisée dynamiquement pour simuler les processus de dépollution et de colmatage de la membrane. Le modèle intégré combinait la biochimie (ASM3-SMP-EPS-Bio-P, aération et précipitation chimique), la résistance au colmatage en série (RIS) et les sous-modèles énergétiques. Le modèle intégré complet est capable de simuler a) les processus biologique décrivant l’activité stoechico-cinétique de la biomasse pour l’oxydation du carbone et l’élimination des éléments nutritifs (c.-à-d. l’azote et le phosphore) couplés aux processus de production et de dégradation des exo-polymères libres et liées; b) le rôle de l’aération pour le processus biologique dans l’oxydation et la nitrification du carbone sous l’influence des matières en suspension; c) le bilan matière sur les volumes des affluents, des effluents, des purges et de toute recirculation interne et externe; d) l’ajout de coagulant pour l’ élimination chimique améliorée du phosphore en plus d’une élimination biologique ; e) la dynamique de colmatage associée à la filtration-relaxation synchronisée, à l’air intermittent et au retro-lavage, sous l’influence de la pression transmembranaire (TMP), de la température, des MLSS et de la concentration en exopolymères liés, et f) de la consommation d’énergie spécifique en kWh.m^-3 ou kWh.Kg^-1, ainsi que de sa répartition entre usages. Le modèle a été étalonné à l’aide de données recueillies au cours d’une semaine de la première campagne expérimentale. Il a ensuite été validé par des données issues de 92 jours de fonctionnement avec et sans ajout de FeCl₃. De plus, une analyse de sensibilité a été utilisée pour déterminer les paramètres influents afin de faciliter l’étalonnage des sous-modèles et de démontrer la robustesse du modèle.

Le modèle intégré calibré a fourni une concordance acceptable pour l’élimination des polluants (DCO, NO_x, NH₄, PO₄^3-, MLSS, SPE et PGS), ainsi que la prédiction de la pression transmembranaire qui est un indicateur direct du développement du colmatge. Le modèle a aussi permis de compléter les jeux de données lorsque qu’elles étaient non-disponibles à partir de relevés de routine. p.ex. évolution de la biomasse et transformation des polluants dans chacun des réacteurs en série. De plus, le modèle est en mesure de fournir des renseignements détaillés sur la dynamique des colmatage réversible et irréversible, en tenant compte des différents moyens mis en oeuvre pour les limiter. Le modèle peut être utilisé pour le développement d’opérations de contrôles commandes et outils d’aide à la décision afin d’optimiser le fonctionnement des BaM à grande échelle, en particulier la gestion de l’aération grosses bulles pour la limitation du colmatage ou la gestion des lavages chimiques dans un objectif d’optimiser l’énergie et des produits chimiques.Ce modèle devait être validé dans des conditions d’encrassement. Celles-ci étant relativement faibles, une approche par analyse de sensibilité a été menée, qui a permis de pointer les paramètres majeurs et de donner les limites de la robustesse du modèle. Elle a permis de conclure à l’utilité du modèle dans les objectifs fixés de son utilisation.

Composition du Jury

Directeur(s) de Thèse:

Claire ALBASI, Directeur de Recherche, CNRS INPT LGC-Toulouse,

Marion ALLIET, Maîtresse de Conférences, CNRS, INPT LGC-Toulouse

Rapporteurs:

Peter VANROLLEGHEM, Professeur, Université Laval, Quebec -Canada

Giorgio MANNINA, Professeur, Université de Palermo, Italie

Autre membres du jury:

Sam AZIMI, Directeur adjoint, Innovation SIAAP, Paris-France

Erkan ŞAHİNKAYA, Professeur, Istanbul Medeniyet University, Turkey

Invité.

Mathieu SPÉRANDIO, Professeur, LSBP-INSA Toulouse-France

Cette année encore, les candidats à la finale de l’académie de Toulouse du concours MT180 auront 180 secondes pour présenter sur scène leur sujet de recherche. Trois minutes et une diapo pour vulgariser leurs thèses au grand public. Rendez-vous le vendredi 25 mars 2022.

Parmi les 18 finalistes, Guillaume Hopsport, doctorant au LGC, vulgarisera son travail de recherche « Conception, élaboration et optimisation d’un réacteur photoélectrochimique pour la valorisation d’effluents contenant de l’urée en hydrogène. »

Découvrez tous les finalistes ici : http://univ-toulouse.fr/mt180

La billetterie est ouverte : https://widget.weezevent.com/ticket/E820891/?code=2541&locale=fr-FR&width_auto=1&color_primary=00AEEF
Soyez prêts, les places partent vite !

Thèse intitulée : « Conception et planification de la chaîne d’approvisionnement de la biomasse en biocarburant (bioéthanol et biodiesel) en Éthiopie grâce à un modèle d’optimisation stratégique et tactique intégré sous les dimensions économiques et environnementales »

Elle se tiendra le mardi 15 Mars 2022, à 14h, à salle des théses de l’ENSIACET.

Pour ceux qui ne peuvent malheureusement pas être présents, je vous invite à y assister par visioconférence via le lien zoom suivant : https://inp-toulouse-fr.zoom.us/j/99049619650?pwd=K093N0w4Y1dnZkdaNnVPZ3c3c3Jadz09

ID de réunion : 990 4961 9650

Code secret : 002643

Le jury sera composé de :

• Mauricio Camargo, Université de Lorraine, Rapporteur
• Mme. Rallou Thomopoulos, INRAE – IATE, Rapportrice
• Mme. Nathalie Bostel, Université de Nantes, Examinatrice
• Stéphane Negny, Université de Toulouse, Examinateur
• M. Ludovic Montastruc, Université de Toulouse, Directeur de thèse
• Abubeker Yimam, Addis Ababa University,Co-directeur de thèse

Thèse intitulée « Développement d’inhibiteurs du Quorum Sensing pour le contrôle de la formation de biofilms complexes »

Elle aura lieu le vendredi 11 mars à 10h00 dans la salle du conseil de la Faculté de Pharmacie.

Participer à la réunion Zoom
https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/93164472704?pwd=UVU0aTZQRGo1VyttR1ZhQ3IvcmtuQT09

ID de réunion : 931 6447 2704
Code secret : 811813

Membres du jury:

Mme Anne Doléans-Jordheim, (CIRI – Université Lyon 1 – Claude Bernard), Rapporteure
M. Romain Briandet, (INRAE, AgroParisTech), Rapporteur
M. Raphaël Lami, (LBBM, Sorbonne Université), Rapporteur
M. Jean-Luc Stigliani, (LCC, Université Toulouse III – Paul Sabatier), Examinateur
Mme Christiane Forestier, (Laboratoire de Bactériologie Virologie, Université Clermont Auvergne), Examinatrice
Mme Carine Masquefa, (IBMM, <Université de Montpellier), Examinatrice
Mme Fatima El Garah, (LGC, Université Toulouse III – Paul Sabatier),  Co-Directrice de thèse
Mme Christine Roques , (LGC, Université Toulouse III – Paul Sabatier), Directrice de thèse

Résumé de la thèse:

Les biofilms bactériens représentent aujourd’hui une menace majeure pour la santé publique mondiale. En effet, ces assemblages de cellules bactériennes, organisés et structurés, sont responsables de très nombreuses infections opportunistes essentiellement chroniques. Ainsi, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus et Burkholderia cepacia sont trois espèces bactériennes isolées des poumons de patients atteints de mucoviscidose (MCV) capables de déployer un véritable arsenal de facteurs de virulence, en passant de la phase colonisation avec formation de biofilm à l’infection. En particulier, P. aeruginosa, une bactérie du groupe ESKAPE, a récemment été reclassé par l’Organisation Mondiale de la Santé, dans la liste des pathogènes critiques, pour lesquels de nouvelles solutions thérapeutiques sont nécessaires. Parmi ces nouvelles approches, l’inhibition de la formation du biofilm apparait prometteuse, en permettant notamment de conserver les cellules bactériennes dans un état planctonique, plus facilement éliminable par le système immunitaire ou par un traitement antibiotique. Dans ce contexte, le premier objectif de ce projet est d’identifier de nouvelles molécules capables d’inhiber le système de communication par Quorum Sensing de P. aeruginosa, basé sur la PQS (Pseudomonas Quinolone Signal). Parallèlement, et au regard de l’implication de biofilms multi-espèces dans les infections pulmonaires de patients atteints de MCV, notre deuxième objectif est d’évaluer l’impact de ces inhibiteurs sur la structuration globale d’un biofilm issu de consortia incluant P. aeruginosa.  Dans un premier temps, une bibliothèque de composés, analogues structurels à la PQS, a été soumise à un screening virtuel par modélisation moléculaire, afin de prédire l’affinité de ces composés pour la protéine cible PqsR. Trois séries de composés ont été synthétisées : les chromones (série 1), chromones inverses (série 2) et les flavonoïdes (série 3) et ont été soumises à ce screening in silico. En parallèle, leur activité anti-biofilm a été évaluée in vitro. Les composés les plus actifs ont été sélectionnés en vue d’une évaluation sur biofilms multi-espèces. La deuxième partie du projet a ainsi porté sur la mise au point et la validation d’un modèle de biofilm multi-espèces, composé de trois espèces P. aeruginosa, S. aureus et B. cepacia. Le choix s’est porté sur des conditions de culture proches de celles décrites in vivo, notamment dans un milieu minimum. D’autre part, un intérêt particulier a été porté à l’étude de l’effet de la concentration en NaCl, puisque, in vivo, celle-ci augmente avec l’épaississement du mucus. Le suivi des populations adhérées a été réalisé par numération des UFC et par qPCR, associé à des observations en microscopie confocale. Un des résultats majeurs obtenu concerne l’effet positif d’une concentration élevée en NaCl sur la capacité de S. aureus à coexister au sein de biofilms structurés avec P. aeruginosa, malgré un antagonisme démontré dans la littérature et confirmé ici. Un effet bénéfique de NaCl a été également observé vis-à-vis des biofilms à P. aeruginosa. Au final, l’augmentation de la concentration de NaCl dans le microenvironnement des espèces bactériennes étudiées (S. aureus, P. aeruginosa et B. cepacia) permettrait d’expliquer les coinfections pulmonaires par P. aeruginosa et S. aureus, et secondairement par B. cepacia. Le modèle multi-espèce ainsi développé servira pour l’évaluation des analogues de PQS , sélectionnés pour leur capacité à inhiber la formation de biofilms mono-espèces à P. aeruginosa. Ils seront utilisés seuls ou associés à d’autres inhibiteurs précédemment synthétisés, afin de démontrer leur potentiel intérêt thérapeutique.

La soutenance de thèse aura lieu le mercredi 9 mars à 09h à l’amphi 100 de l’Ensiacet.

 » Application of a non-equilibrium thermodynamics framework derived from nature-inspired themes for modelling and design of processes”

Le jury sera composé de :
M. Marc-Olivier COPPENS, UCL, Rapporteur
M. Kirill GLAVATSKIY, The University of Sidney, Rapporteur
M. Christophe GOUPIL, Université Paris-Diderot, Examinateur
M. Patrice BACCHIN, Université Paul Sabatier, Examinateur
M. David ROUZINEAU, INP, Invité

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Résumé de la thèse en français :

La Génie Chimique est un sujet riche et passionnant. Que ce soit pour nos vêtements ou nos repas, presque tout autour de nous passe par les mains de l’industrie chimique. Au cours des années, cette discipline a contribué à des découvertes capitales, comme le développement de médicaments, le dessalement de l’eau par osmose inverse, l’invention des colonnes de distillation réactive… Néanmoins, beaucoup de procédés d’usage étudiés en Génie Chimique peuvent être améliorés. En effet, ces procédés utilisent souvent l’hypothèse d’équilibre thermodynamique, et sont loin d’être efficaces. Mêmes les procédés intensifiés, qui font appel au couplage de phénomènes, n’exploitent pas complètement les synergies hors-équilibre en phase de conception ou de contrôle.

Une façon de surmonter ces limitations est de développer des procédés innovants et efficaces en s’inspirant de la nature. Pour cela, il est indispensable de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux derrière les procédés biomimétiques. Par conséquent, le présent travail étudie comment la thermodynamique hors-équilibre peut aider à combler ce manque de connaissance. Trois des concepts clés dans la littérature pour impulser la conception de procédés inspirés de la nature étant liés à trois notions importantes de la thermodynamique hors-équilibre, l’usage d’une telle approche semble donc justifiée. Une analogie est faite entre les réseaux de transport hiérarchique, le contrebalancement des forces, l’auto-organisation dynamique et l’équipartition de la production d’entropie + Loi Constructale, le couplage thermodynamique, les structures de dissipation.

Ces notions de thermodynamique hors-équilibre ont motivé trois différents projets de recherche. Le premier porte sur l’évaluation d’un distributeur de liquide pour une colonne à distiller. Cet interne de colonne consiste en un plateau avec des orifices, et des structures filaires sortant de ces orifices comme les branches d’un arbre. Le liquide s’écoule sur la surface de ces fils, se divisant en plusieurs ruisselets avant de tomber sur le garnissage au-dessous. Le choix d’un tel dessin peut être partiellement justifié par la Loi Constructale, qui encourage l’utilisation de structures en arbre pour distribuer un flux d’un point vers une surface. Des calculs théoriques prévoient que cette nouvelle technologie peut empêcher la mauvaise répartition du liquide dans les colonnes. En plus, des expériences ont montré que cet interne réduit de 40% la hauteur équivalente à un plateau théorique pour un garnissage conçu récemment.

Cette thèse examine aussi deux phénomène interfaciaux liés aux couplages thermodynamiques : la diffusioosmose et la diffusiophorèse. Ces deux phénomènes sont étudiés via simulation numérique. D’abord, nous essayons de reproduire le comportement d’une membrane à partir de la diffusioosmose afin de déterminer l’impact de trois paramètres sur l’état d’équilibre d’advection-osmose : la différence de concentration de colloïde, les interactions surface-colloïde, et les interactions colloïde-colloïde. Le phénomène de diffusiophorèse est étudié, lui, à l’aide de deux modèles transitoires et un modèle en régime permanent dans la limite de diffusivité infinie. Cette étude s’intéresse à l’impact du gradient de concentration de soluté, de la diffusivité et des interactions interface-soluté sur la vitesse de diffusiophorèse.

Enfin, le dernier projet de recherche conduit au cours de cette thèse met à l’épreuve la validité du principe de Ziegler de Maximisation de la Production d’Entropie, qui est défini comme une généralisation des relations de réciprocité d’Onsager aux systèmes éloignés de l’équilibre. Cette thématique est aussi liée aux couplages thermodynamiques dans la mesure où le principe de Maximisation de la Production d’Entropie se prête à l’explicitation de lois phénoménologiques dans le cas particulier des phénomènes couplés. Cependant, une révision minutieuse de la démonstration du principe proposée par Ziegler montre que celle-ci est erronée. De plus, un contre-exemple simple impliquant deux réactions chimiques éloignées de leur état d’équilibre permet de montrer que le principe lui-même est faux.

Abstract in english :

Chemical Engineering is a vast and passionate subject. From the clothes we wear to the foods we eat, almost everything surrounding us has passed by the hands of the chemical industry. This discipline has experienced numerous breakthroughs, like advanced pharmaceuticals, water desalination via reverse osmosis, and reactive distillation columns, to name a few. However, many of the typical processes studied by Chemical Engineering have room for improvement. Indeed, these processes are often based on equilibrium hypothesis, far from being efficient. Even intensified processes, which are based on coupled phenomena, do not fully explore non-equilibrium synergies in design/control stages.

One solution to overcome these limitations lies in developing innovative and more efficient processes with nature-inspired ideas. This can only be achieved through a better understanding of underlying fundamental mechanisms and dynamics of the biomimetic processes. Hence, the present work explores how non-equilibrium thermodynamic concepts can help fill in this gap of knowledge. Using non-equilibrium thermodynamics is legitimated by the fact that the three key concepts used in the literature to drive the design of nature-inspired processes are linked to some extent to three important concepts of non-equilibrium thermodynamics. Hierarchical transport networks, force balancing and dynamic self-organization are the concepts mentioned from literature, and equipartition of entropy production + Constructal Law, thermodynamic coupling and dissipative structures are their thermodynamic counterparts.

These non-equilibrium thermodynamics notions prompted three different research projects. The first one is about the assessment of a tree-like liquid distributor for distillation columns. This internal consists of a regular orifice-pan distributor coupled with a wire structure that resembles the branches of a tree. The liquid flows on the outer surface of these wires, splitting into several streamlets before dripping on the packed bed below. Such a design can be partially justified by the Constructal Law, which promotes the use of tree structures to realize point-to-area flow. Theoretical calculations predict that this new technology can help prevent maldistribution in column operations. Further, experiments show that the internal reduces the height equivalent to a theoretical plate of a recently disclosed packing by 40%.

This work also investigates two interface-driven phenomena related to thermodynamic coupling: diffusioosmosis and diffusiophoresis. Both are linked to thermodynamic coupling since they correspond to fluid or particle flow generated by a secondary thermodynamic force (solute concentration gradient). These phenomena are studied here via numerical simulations. First, an attempt is made to replicate membrane behaviour from diffusioosmosis alone. The simulations explored the impact of three parameters on advection-osmosis equilibrium: colloid concentration difference, colloid-interface interactions, and colloid-colloid interactions. Afterwards, diffusiophoresis is investigated using two transient models and one steady-state model, the latter in the limit of infinite diffusivity. This study focuses on the effect of solute concentration, diffusivity, concentration gradient, and solute-interface interactions on the diffusiophoretic velocity.

Finally, the last research project conducted for this thesis checks the validity of Ziegler’s Maximum Entropy Production principle, which attempts to generalize Onsager’s reciprocal relations to far-from-equilibrium systems. This topic is also connected to thermodynamic coupling since the Maximum Entropy Production principle attempts to derive the phenomenological relations for coupled phenomena. A careful review of Ziegler’s attempt to prove this principle shows that his demonstration is flawed. Further, a simple counterexample using far-from-equilibrium chemical reactions reveals that the principle itself is incorrect.

Le 14^ème congrès international du Groupement de Recherche Universitaire sur les Techniques de Traitement et d’Epuration des Eaux (GRUTTEE) aura lieu du 2 au 4 mars 2022 sur le campus de l’Université Paul Sabatier Toulouse III.

https://gruttee2022.sciencesconf.org/ 

Ce congrès interdisciplinaire réunit des chercheurs et des industriels spécialistes de l’eau, des sciences chimiques et naturelles, des procédés et sciences humaines et sociales. C’est un lieu d’échange sur les problématiques et les avancées dans le domaine de l’eau. Il est aussi l’occasion d’initier des collaborations nationales et internationales ou de consolider celles déjà existantes.

Des doctorants et jeunes chercheurs issus de toutes les disciplines (chimie, biologie, génie des procédés, santé publique, sociologie…) sont particulièrement attendus à ce congrès. Ils auront l’opportunité de présenter leurs travaux.

Le GRUTTEE est une association qui regroupe des universitaires français exerçant leurs activités en traitement des eaux ou sur des thèmes connexes : assainissement, potabilisation, traitement d’effluents industriels, protection des ressources. Ce réseau regroupe des compétences en recherche dans des disciplines diverses : chimie, microbiologie, physico-chimie, biologie, génie des procédés, santé publique, sciences humaines et sociales…

mercredi 9 février 2022 à 9h30 dans l’amphithéâtre Concorde bâtiment U4 à l’Université Paul Sabatier.

La thèse s’intitule : « Capteur électrochimique à fer pour la maîtrise de L. pneumophila : Application à l’analyse de l’eau dans les tours aéro-réfrigérantes. »

https://zoom.us/j/95143207234?pwd=TXZvYVFSUkFBYXNGOEw3SVdYKzE2dz09
ID de réunion : 951 4320 7234 – Code secret : 0w5wz8

Membres du jury :

• Jean-Marc BERJEAUD(EBI – Université de Poitiers), Rapporteur
• Christophe INNOCENT(IEM – Université de Montpellier II), Rapporteur
• Mme Christelle DESPAS (LCPME – Université de Lorraine), Examinatrice
• Mme Christel CAUSSERAND (LGC – Université Toulouse III – Paul Sabatier), Examinatrice
• Laurent BOUMATI(Resonet Services – Groupe Orizon), Invité
• Pierre GROS(LGC – Université Toulouse III – Paul Sabatier), Co-directeur de thèse
• Mme Christine ROQUES (LGC – Université Toulouse III – Paul Sabatier), Co-directrice de thèse

Résumé de la thèse :

L. pneumophila (Lp) est une bactérie pathogène opportuniste colonisant fréquemment les réseaux d’eau artificiels. Les bactéries présentes dans les microgouttelettes d’eau contaminée sont inhalées par l’être humain et, sous certaines conditions, peuvent conduire à une pneumopathie (maladie du légionnaire) létale dans 10 à 15 % des cas. Les tours aéroréfrigérantes (TAR) sont les systèmes les plus fréquemment incriminés dans la contamination en raison de conditions de croissance microbiologique favorables conduisant à la présence de Lp à des taux élevés, y compris au sein de biofilms. Si des opérations de nettoyage et de désinfection à base de biocides sont réalisées dans le cadre de l’entretien ou lors d’une contamination excessive, elles doivent être proportionnées et justifiées afin de limiter les rejets polluants dans l’environnement. Par ailleurs, il a été montré que la présence de Lp est accrue à partir de concentrations en fer de l’ordre du micromolaire dans l’eau. Si les besoins en fer de la bactérie sont reconnus, l’impact des formes Fe(II) et Fe(III) et des concentrations observées dans les eaux de TAR sur la population bactérienne reste inconnu, surtout lors de la formation du biofilm à Lp. L’objectif principal de ce travail est donc de définir la relation entre les deux formes du fer et la persistance/croissance de Lp afin de proposer le développement d’un procédé original basé sur l’électrochimie pour la maîtrise de Lp dans les TAR.

Les travaux se sont focalisés dans un premier temps sur la mise au point d’un capteur électrochimique fonctionnalisé par la résine cationique Nafion®, permettant la détermination des concentrations micromolaires du Fe(II) et Fe(III) par voltammétrie cyclique. Les performances analytiques (répétabilité, reproductibilité, sensibilité, exactitude et sélectivité) du capteur ont ensuite été évaluées dans des solutions synthétiques.

Dans un deuxième temps, l’influence du Fe(II) et Fe(III) sur la formation de biofilms mono-espèces à Lp a été étudiée en se basant sur un modèle existant. L’analyse des biofilms formés en présence de Fe(II) et/ou Fe(III) a été effectuée par numération des Unités Formant Colonie (UFC) et par quantification des Unités Génomes (UG ; qPCR). Les modifications majeures observées, notamment en termes de pertes de viabilité/cultivabilité, ont été confirmées par observation en microscopie confocale à balayage laser (MCBL). Cette étude a montré que la présence du Fe(III) avait un impact négatif sur la viabilité et la cultivabilité des bactéries adhérées contribuant à leur mort ou à leur transition vers la phase viable-non cultivable (VBNC).

Le capteur électrochimique a ensuite été testé en milieu réel en effectuant des détections dans une eau provenant d’une TAR prototype. La justesse du capteur a été démontrée lors de la détermination des concentrations en Fe(II) et Fe(III). Enfin, un premier lien a pu être établi entre la présence du fer et le statut de Lp dans les eaux de TAR.

Lundi 7 février à 14h à l’amphithéâtre 300 de l’INPT.

La thèse s’intitule :  » Continuous flow synthesis of anisotropic silver nanoparticles: A multi-step & time-resolved strategy to control reaction pathways and probe mechanisms ex situ.”
Le jury sera composé de :
Mme Mona TREGUER-DELAPIERRE, Université de Bordeaux, Rapporteure
Mme Fabienne TESTARD, CEA, Rapporteure
M. Cyrille HAMON, CNRS, Examinateur
M. Jean-Daniel MARTY, Université de Toulouse, Examinateur
M. Guillaume VIAU, INSA Toulouse, Examinateur
Mme Nathalie PINKERTON, New York University, Examinatrice
M. Kevin ROGER, CNRS, Directeur de thèse

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Résumé de la thèse en français :
Maîtriser la synthèse de nanoparticules par réduction chimique nécessite un contrôle multiéchelle des voies de formation, notamment lorsqu’on vise des structures complexes telles que les structures anisotropes. Or, les synthèses sont principalement réalisées dans des réacteurs semi-fermés. Les protocoles batch qui en résultent sont simples à mettre en œuvre mais manquent de contrôle sur les paramètres expérimentaux, ce qui compromet la reproductibilité. Par exemple, les modifications de la structure sont généralement obtenues en faisant varier la composition sur des échelles de temps supérieur à la seconde. Cependant, cela exclut tout contrôle des étapes de réaction les plus rapides. Par exemple, la nucléation implique typiquement des échelles de temps de l’ordre de la milliseconde alors que l’agrégation se déroule généralement dans la seconde. Cette thèse décrit une stratégie originale pour faire varier la composition dans des intervalles de temps inférieurs à la seconde, tout en offrant un débit élevé grâce à un flux continu à des nombres de Reynolds élevés. Cette stratégie repose sur un dispositif expérimental millifluidique constitué de mélangeurs rapides séquentiels, qui permet l’injection de réactifs dans la gamme de temps 1 ms-1s. Nous avons mis en œuvre cette stratégie sur une synthèse à deux réducteurs de nanoparticules d’argent anisotropes. Nous avons montré que la taille et la forme pouvaient être drastiquement modifiées en changeant simplement la séquence et le temps d’addition des réactifs, tout en assurant une composition constante après 1s. Nous avons également utilisé cette stratégie pour comprendre le mécanisme de formation des nanoplaquettes d’argent par une identification ex situ du rôle de chaque réactif. Nous avons notamment montré que l’anisotropie émergeait dès le début de la nucléation et n’était pas dirigée par la présence de polymère stabilisant. Nous avons plutôt mis en évidence que les impuretés dans les stabilisants commerciaux peuvent également conduire à l’anisotropie et devaient être contrôlées afin d’éviter les artefacts et les mauvaises interprétations. De plus, nous avons développé une solution de stabilisation pour empêcher la réorganisation des particules anisotropes et arrêter la réaction, ce qui offre un moyen puissant de sonder, ex situ, les chemins cinétiques

Abstract in english :
Mastering the synthesis of nanoparticles through chemical reduction requires a multi-scale control of formation pathways, notably when targeting complex structures such as anisotropic ones. Yet, syntheses are mainly performed in semi-closed reactors. The resulting batch protocols are simple to implement but drastically lack control over experimental parameters, which compromises reproducibility. For instance, structural tuning is typically achieved by varying the composition over time scales larger than the second. However, this precludes any adequate control of the fastest reaction steps. For instance, nucleation typically involves millisecond time scales while aggregation usually proceeds within a second. This thesis describes an original strategy to tune composition within time ranges as small as the millisecond, while offering a high throughput thanks to continuous flow at high Reynolds numbers. This strategy rests on a millifluidic experimental setup consisting of sequential rapid mixers, which allows reagents injection in the 1 ms-1s time range. We implemented this strategy on a two-reductant synthesis of anisotropic silver nanoparticles. We showed that both size and shape could be drastically modified by simply changing the reagent addition sequence and timing, while ensuring a constant composition after 1s. We also used this strategy to understand the formation mechanism of silver nanoplates by an ex situ identification of the role of each reagent. We notably showed that anisotropy emerged from the onset of nucleation and was not directed by the polymeric stabilizer. Rather, we highlighted that impurities in commercial stabilizers can also lead to anisotropy and needed to be controlled in order to avoid artefacts and misinterpretations. Additionally, we designed a stabilizing mixture to prevent reorganization of anisotropic particles and arrest reaction, which offers a powerful way to probe ex situ kinetic pathways.

Lundi 7 février à 10h dans l’amphi 100 de l’ENSIACET.

« Modélisation d’un réacteur de méthanisation en voie sèche et étude du traitement in-situ de l’ammoniac ».

Le jury sera composé de :

• Renaud ESCUDIÉ(INRAE Narbone,LBE), Rapporteur
• M. Eric OLMOS (Université de Lorraine, LRGP), Rapporteur
• Mme Nathalie DI MICELI RAIMONDI (Toulouse INP, LGC), Examinatrice
• M. André PAUSS (Université de Technologie de Compiègne, TIMR), Examinateur
• M. Pierre BUFFIÈRE (INSA Lyon, DEEP), Examinateur
• Mme Fanny INGLES (Arkolia Énergies), Examinatrice
• M. Michel CABASSUD (Toulouse INP, LGC), Directeur de thèse
• M. Richard GUILET (Toulouse INP, LGC), Co-directeur de thèse
• M. Stéphane HATTOU (Arkolia Énergies), Invité

Résumé :

La méthanisation, ou digestion anaérobie, est reconnue comme une voie alternative de production d’énergie renouvelable permettant à la fois de traiter des déchets organiques et de produire un vecteur énergétique, le biogaz. Cependant, malgré des objectifs ambitieux affichés par la France, le développement de la filière de méthanisation se heurte encore à un certain nombre de verrous. Parmi ces verrous, l’inhibition de l’activité de la biomasse par de fortes concentrations en ammoniac peut s’avérer très limitante lors de l’utilisation de certains substrats agricoles. Ces travaux, effectués en collaboration avec la société ARKOLIA Énergies, s’inscrivent dans le projet régional OCCIMETHA dont l’un des objectifs est de présenter des solutions industrielles à la gestion de l’ammoniac issu de la dégradation des gisements riches en azote organique présents en région Occitanie (résidus d’élevages porcin, ovin, caprin et avicole). Ces travaux se concentrent sur l’étude d’une solution de traitement in-situ de l’ammoniac qui pourrait être mise en œuvre au sein du procédé « voie épaisse » nommé ARKOMETHA® développé par ARKOLIA Énergies. Cette solution consiste en l’injection d’un courant de biogaz appauvri en ammoniac directement dans le milieu de digestion afin de désorber une fraction de l’ammoniac qu’il contient. Dans l’objectif d’évaluer la faisabilité et la viabilité de cette voie d’extraction, un modèle dynamique de réacteur est développé. Il permet de prévoir l’apparition de phénomène d’inhibition à l’ammoniac, de s’approcher d’une représentation du fonctionnement réel de l’ARKOMETHA® et de simuler le traitement in-situ de l’ammoniac. Ce modèle de réacteur intègre une version simplifiée du modèle biologique « Anaerobic digestion model number 1 » (ADM1) et assimile l’écoulement horizontal de type « piston » de la matière au sein de l’ARKOMETHA® à une succession de « n » réacteurs parfaitement agités continus (RAC). Les paramètres cinétiques de ce modèle ont été fixés dans une gamme cohérente de valeurs au regard de la littérature et une étape d’analyse de sensibilité a permis de mettre en exergue les paramètres influençant significativement les sorties du modèle. Afin deprédire l’apparition de forts effets d’inhibition à l’ammoniac, il est démontré qu’il est impératif de considérer en sus de l’inhibition à l’ammoniac libre (NH₃), largement reconnue comme la forme la plus inhibitrice de l’ammoniac, l’inhibition à l’ion ammonium (NH₄⁺). La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude du traitement in-situ de l’ammoniac au cours de la digestion d’un substrat agricole type de la région Occitanie dans deux configurations de RAC en série différentes : cinq RACs de volumes identiques ; quatre RACs de volumes croissants représentant une phase d’hydrolyse suivie d’une phase de méthanogenèse. Au vue du manque de données bibliographiques sur le coefficient de transfert liquide-gaz (k_La) et sur la constante d’inhibition seuil de l’ion ammonium (Ki_max,NH4+), l’influence de ces paramètres sur l’efficacité du stripping est discutée. Il apparait que ces paramètres influencent grandement l’estimation du débit de biogaz nécessaire au traitement de l’ammoniac et que de ce fait leur calibration est cruciale. Aussi, les effets des différents paramètres d’injection que sont le débit de biogaz, sa composition (CH₄, CO₂, NH₃) et les zones du méthaniseur traitées sont évalués sur les caractéristiques du milieu de digestion (alcalinité, pH) ainsi que sur l’efficacité du traitement de l’ammoniac. L’ensemble de ces études permet de montrer qu’il est possible d’empêcher l’inhibition à l’ammoniac et l’arrêt des processus de digestion par l’extraction in situ d’ammoniac. Cependant, bien que les conditions optimales du traitement de l’ammoniac dépendent des paramètres cinétiques du modèle, il apparait que cette méthode nécessite de forts débits d’injection ce qui peut remettre en question sa faisabilité industrielle.

Abstract :

Anaerobic digestion (AD) is recognised as an alternative way to treat and to recycle organic wastes while producing biogas. Despite ambitious objectives set by French governments, the development of AD in France still faces various obstacles. Among these obstacles, the inhibition of biomass activity by high ammonia concentrations can be very limiting when treating nitrogen rich organic substrates. This work, carried out in collaboration with the company ARKOLIA Énergies, is part of the regional project OCCIMETHA. One of the objectives of this project is to present industrial solutions for the management of the ammonia produced during the degradation of nitrogen rich substrates present in the Occitanie region (pig, sheep, caprine and poultry farming residues). This work focuses on the study of an in-situ ammonia treatment that could be implemented within the dry AD process developed by ARKOLIA Energies, called ARKOMETHA®. This solution consists in injecting an ammonia-depleted biogas stream directly into the digestion medium in order to desorb a fraction of the ammonia it contains. In order to evaluate the feasibility and viability of this extraction method, a dynamic reactor model was developed. It enables to predict the ammonia inhibition phenomena, to approach a representation of the real operation of the ARKOMETHA® and to simulate the in-situ treatment of ammonia. This reactor model integrates a simplified version of the « Anaerobic digestion model number 1 » (ADM1) and assimilates the horizontal plug-flow of the medium in the digester to a succession of « n » continuous stirred tank reactor (CSTR). The kinetic parameters of this model were set within a consistent range of values according to the literature and a sensitivity analysis method was used to highlight the parameters that significantly influence the model outputs. In order to be able to predict the appearance of strong ammonia inhibition effects, it is shown that it is imperative to consider, in addition to free ammonia (NH₃) inhibition, widely recognised as the most harmful form of ammonia, the ammonium ion (NH₄⁺) inhibition. The last part of this work is devoted to the study of the in-situ treatment of ammonia during the digestion of a typical agricultural substrate from the Occitanie region in two several configurations of CSTRs: five CSTRs of identical volumes; four CSTRs of increasing volumes representing a hydrolysis phase followed by a methanogenesis phase. The effects of the different injection parameters, i.e. the biogas flow rate, its composition (CH₄, CO₂, NH₃) and the zones of the anaerobic digester treated, are assessed on the characteristics of the digestion medium (alkalinity, pH) as well as on the efficiency of the ammonia treatment. Also, as literature lacks of papers about inhibition threshold concentration for ammonium (Ki_max,NH4+) and about liquid/mass transfer coefficient (k_La), a complementary work is thus performed to estimate influences of these parameters on the efficiency of stripping. It appears that these parameters greatly influence the estimation of the biogas flow rate required for the treatment of ammonia and therefore their calibration is crucial. All these studies show that it is possible to prevent ammonia inhibition and the shutdown of digestion processes by in-situ ammonia extraction. Although the optimal conditions for ammonia treatment depend on the kinetic parameters of the model, it appears that this extraction method requires high injection rates, which may call into question its industrial feasibility.

La soutenance de thèse de Marcos Oliveira Filho intitulée « Mechanisms of degradation under operating conditions of polymeric filtration membranes used in membrane bioreactor »

Aura lieu le vendredi 4 février à 15h dans l’amphi Concorde bâtiment U4 à L’Université Paul Sabatier

Pour celles et ceux qui ne peuvent pas venir sur place, il vous sera possible si vous le souhaitez d’assister en distanciel en vous connectant au lien Zoom ci-dessous :

https://univ-tlse3-fr.zoom.us/j/92422461860?pwd=NmpGNkYzcU01c0hwZWdHVFRnemF3QT09

ID de réunion : 924 2246 1860

Code secret : 473007

Membres du Jury :

• Mme Catherine FAUR, Rapporteure
• Pierre BERUBE, Rapporteur
• Christophe DAGOT, Examinateur
• Mme Murielle RABILLET-BAUDRY, Examinatrice
• Mme Christel CAUSSERAND, Directrice de thèse
• Yannick FAYOLLE, Co-directeur de thèse

Résumé :

While membrane bioreactors (MBR) have been broadly applied to wastewater treatment, membrane ageing studies focused mainly on: i) understanding the chemical action of sodium hypochlorite or ii) following ageing in drinking water facilities. Thus, a comprehensive study under full-scale MBR operating conditions is still required. The present thesis aim to: (i) understand the chemical action of sodium hypochlorite to commercial polyvinylidene fluoride (PVDF)/Polyvinylpyrrolidone (PVP) hollow fibers used in MBRs; (ii) Describe membrane ageing of these membranes in urban wastewater full-scale MBR based on characterization of harvested membranes and full-scale process indicators. For this, Zeeweed® 500D membranes were aged at bench-scale by single soaking in hypochlorite solution at similar concentration and pH of MBR cleaning protocols. In addition, membranes were sampled between 2016 and 2021 from the full-scale MBRs of Seine Morée (capacity: 50 000 m³/d) and Seine aval (capacity: 300 000 m³/d) wastewater treatment plants in northern Paris in operation since 2014 and 2017, respectively. Simultaneously, process data were collected and analyzed. Both bench-scale and full-scale aged hollow-fibers were compared by the chlorine exposure dose (C x t) and characterized using similar analytical methods. Great differences were found between ageing at bench-scale and full-scale. At bench-scale, membranes presented stable mechanical properties, intrinsic permeability increased at first as a result of hydrophilic agent degradation and small pores were formed (diameter < 20 nm), then it decreased as a result of a decrease in porosity, likely due to a restructuration of PVDF chains. At full-scale, permeability seemed to increase as a result of a more pronounced oxidation/dislodgement of PVP molecules leading to higher porosity and the appearance of bigger pores (diameter > 40 nm). These changes favored irreversible fouling in contrary to bench-scale ageing. Ageing was also described based on permeability index after each cleaning in place protocol. This is the ratio of permeate flux and transmembrane pressure when membranes are in operation at full-scale. The permeability index decreased over time and this decline rate seemed to vary according operating conditions. Due to these differences, cumulative indicators associated to the process conditions were developed to enable a more accurate monitoring of membrane ageing among MBRs. Correlations among these indicators, membrane properties and permeability index were performed. The cumulated filtered mixed liquor suspended solids (MLSS) mass was found to correlate well with most of the membrane properties and permeability index from both MBRs and should be included in membrane ageing studies. In addition, the decline in permeability index correlated well with PVP content and intrinsic permeability, thus these are key indicators for membrane ageing monitoring.

Key-words: membrane bioreactor, ultrafiltration, hollow-fiber, wastewater treatment, multi-scale, full-scale, long-term operation.

SESSION 1 – Mercredi 12 Janvier 2022 – 16h-18h

Introduction, physical processes
Session 1.1 – General introduction (Laurie Barthe, Hélène Roux-de Balmann, Ludovic Montastruc)
Session 1.2 Physical processes (Christine Frances, Laurie Barthe)

Participer à la réunion Zoom :
https://zoom.us/j/99104824621?pwd=UVRVR1BjZndUczVmMjZNU2htZWpOQT09
ID de réunion : 991 0482 4621
Code secret : m5ZktC

SESSION 2 – Jeudi 13 Janvier 2022 – 16h-18h

Fonctionnalisation : Biological, chemical and thermochemical processes
Session 2.1 Biological processes (Claire Joannis)
Session 2.2 Chemical processes (Patrick Cognet)
Session 2.3 Thermochemical processes (Mylène Marin Gallego)

Participer à la réunion Zoom
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ID de réunion : 942 0866 1439
Code secret : vAnkS0

SESSION 3 – Mercredi 19 Janvier 2022 – 16h-18h

Extraction, separation and purification  processes
Session 3.1 Membrane processes (Hélène Roux-de Balmann)
Session 3.2 Processes using supercritical CO2 (Séverine Camy)
Session 3.3 : reactive distillation (Michel Meyer)

Participer à la réunion Zoom
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ID de réunion : 925 4255 4593
Code secret : Srmrm9

SESSION 4 – Jeudi 20 Janvier 2022 – 16h-18h

Systemic approach, example of lignocellulosic refinery
Session 4.1 systemic approach (Ludovic Montastruc)
Session 4.2 lignocellulose refinery (Michel Delmas)
Session 4.3 : Conclusion – round table (Ludovic Montastruc)

Participer à la réunion Zoom
https://zoom.us/j/99196469589?pwd=Vi92S0R3V0xKbmw0TjFqR041MFdoQT09
ID de réunion : 991 9646 9589
Code secret : 09Ykp1

Soutenance de thèse intitulée « blood proteins interactions with coated polymer interfaces »

aura lieu le mardi 14 Décembre à 10h à l’amphi 2 de la Maison de la recherche et de la valorisation à Paul Sabatier (75 Cr des Sciences, 31400 Toulouse).

Pour celles et ceux qui ne peuvent pas venir sur place, il vous sera possible si vous le souhaitez d’assister en distanciel en vous connectant au lien Zoom ci-dessous :

https://zoom.us/j/94793845349?pwd=V1BCTFVNQ2xwbmlIT0M3YnQ0OVExdz09
ID de réunion : 947 9384 5349
Code secret : aC9Z2D

Summary

The selective separation of blood proteins and cells is of a major importance to address some target diseases and for several medical applications such as wound healing. The challenge is to provide the most efficient and cost-effective technology that can ensure that. Among many other technologies, membranes processes have been revealed as promising techniques. However, their nonspecific interactions with proteins make them prone to biofouling, which in turn limits their application in biomedical fields. Therefore, the aim of this work is to design tailored membrane for blood proteins screening via surface modification. This latter is performed by coating onto the membrane surface some functional groups such as polystyrene-poly acrylic acid (PS-PAA) and polystyrene-poly ethylene glycol (PS-PEG) copolymers, either to promote a specific interaction with target proteins or to reduce their non-specific interaction. First, the potential interactions that could take place between PAA, PEG brushes and some abundant proteins in plasma such as human serum albumin (HSA) and ɣ-globulin (IgG) have been investigated in solution using Small Angle X-ray Scattering (SAXS) combined to chromatography. Thus, PAA has been found to form complexes with HSA in some specific physicochemical conditions of pH and ionic strength. This HSA-PAA binding has then been revealed to be reversible depending on the pH and the ionic strength of the medium and its stoichiometry was shown to be related to the PAA size. Whereas IgG did not exhibit the same behaviour as HSA towards PAA, it was found to be partially aggregated in our conditions. PEG did not display any interaction with both proteins. After that, Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) mapping showed that surface modification of the membranes by copolymers coating was successful, although the distribution of copolymer was heterogeneous over the membrane surface. The static adsorption of HSA onto membranes coated with PS-PAA was found to be also correlated to the pH and ionic strength as it was in solution, while that of IgG was not. Then, the adsorption of HSA onto a membrane coated with PS-PEG has been shown to be mitigated. Eventually, filtration experiments disclosed the same trend of HSA adsorption in dynamic mode even though the membrane permeability was reduced by the increase of the size of the copolymers brushes deposited onto the surface.
Overall, this study enabled us to understand the behaviour of some abundant blood proteins in contact of some functional groups either in solution or at the interface of a modified membrane.

Thèse intitulée: Valorisation des extraits d’algues Libanaises et évaluation de leur activité antibiofilm potentielle

La soutenance aura lieu le Mercredi 8 décembre 2021 à 14h à la Faculté des Sciences Pharmaceutiques, dans la salle du Conseil, escalier D, niveau 1, à droite.

Le jury sera composé de:

M. Sébastien VILAIN, ENSTBB Bordeaux, Rapporteur
M. Joseph SAAB, Université Saint-Esprit de Kaslik, Rapporteur
Mme Marion GIRARDOT, Université de Poitiers, Examinatrice
Mme Fatima EL GARAH, UPS Toulouse III, Co-encadrante de thèse
Mme Asma CHBANI, Université Libanaise, Directrice de thèse
Mme Christine ROQUES, UPS Toulouse III, Directrice de thèse

Résumé:

L’utilisation massive et souvent incontrôlée des antibiotiques a conduit au développement de souches bactériennes multi‐ résistantes (MDR) capables de causer des maladies infectieuses difficiles et même impossibles à traiter. Par ailleurs, l’organisation des bactéries en biofilm correspond à une résistance adaptative et est impliquée dans presque 80% des infections chroniques. Par définition, un biofilm est une agrégation de microorganismes, attachés à une surface biotique ou abiotique et enfermés dans une matrice polymérique extracellulaire (EPS). Ce mode de vie sessile assure une barrière de protection contre les agents antimicrobiens. À cet égard, une grande attention a été accordée à la recherche d’agents anti‐biofilms dont le rôle est de réguler, voire d’inhiber, la formation de biofilm sans interférer avec la croissance bactérienne. Les produits naturels représentent une source précieuse de nouvelles molécules dont des candidats médicaments avec potentiellement moins d’effets secondaires et une toxicité minimale par rapport aux antimicrobiens classiques. Les organismes marins, en particulier les macroalgues, constituent un réservoir de composés bioactifs ayant un large spectre d’activités biologiques, y compris des activités insecticide, antimicrobienne et antibiofilm, via différents mécanismes. Par exemple, la furanone halogénée isolée de l’algue rouge Delisea pulchra est la première molécule inhibitrice du système de Quorum Sensing, un système de communication intercellulaire jouant un rôle majeur dans la formation des biofilms bactériens.

Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’explorer le potentiel des extraits issus de trois algues libanaises : l’algue verte Ulva lactuca, l’algue brune Stypocaulon scoparium et l’algue rouge Pterocladiella capillacea, en termes d’activité antibiofilm, contre Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus, deux agents pathogènes opportunistes responsable d’infections graves, notamment chez les sujets immunodéprimés et les patients atteints de mucoviscidose. Pour ce faire, plusieurs approches complémentaires (méthode de marquage au crystal violet, méthode de dénombrement des unités-formant colonies, analyse microscopique à épifluorescence, activité synergique avec des antibiotiques conventionnels…) ont été adoptées. Les résultats ont montré que plusieurs extraits ont une activité antibiofilm intéressante contre ces deux bactéries critiques, avec des mécanismes d’action différents. Parallèlement, l’analyse de la composition chimique des extraits a été menée afin d’identifier le(s) composé(s) qui pourraient être à l’origine de leur activité démontrée.

D’autre part, afin d’évaluer la potentialité de l’algue verte Ulva lactuca à présenter une alternative aux produits phytosanitaires toxiques, son activité insecticide a été étudiée contre la mouche de fruit Drosophila melanogaster (insecte ravageur et le meilleure modèle d’étude de l’activité insecticide) par différents tests complémentaires. Les résultats ont montré que l’extrait acétonique ainsi que les pigments verts purifiés présentent la meilleure activité insecticide.

Cette étude fournit un nouvel aperçu de l’exploration des algues comme source précieuse de composés bioactifs pouvant être valorisés dans le domaine agricole ainsi que dans les secteurs industriel et pharmaceutique.

Mots clés : Macroalgues, activité antibiofilm, P. aeruginosa, S. aureus, activité insecticide.

La soutenance aura lieu le  18 Novembre à 10h à l’amphithéâtre de l’IUT Département GCGP – 137, avenue de Rangueil –31077 TOULOUSE cedex 4

La thèse est intitulée : Evaluation des potentiels industriels pour une méthode de séparation innovante high-tech.

Membres du jury:

• Mme Cécile LEMAITRE (LRGP), Rapporteure
• M. Frédéric PIGNON (LRP), Rapporteur
• Mme Gaëtane LESPES (UPPA), Examinatrice
• M. Emmanuel MIGNARD (LOF), Examinateur
• Mme Ana HIPÓLITO (Solvay), invitée
• M. Pierre AIMAR (LGC), invité
• Patrice Bacchin (LGC), directeur de thèse
• Mme Micheline Abbas (LGC), co-directrice de thèse
• Philippe Carvin (Solvay), encadrant

Abstract:

Currently, we are facing a general technological gap for the separation of mixtures containing colloidal particles (metallic nano-particles, macro-molecules, etc.). This project aims to extend the principle of Hollow Fiber Flow Field-Flow Fractionation (HF5) toward continuous size-based separation of colloidal suspensions. HF5 is an analytical technique used for particle fractionation (according to their size) in view of their characterization. The principle of particle separation is based on consec-
utive focusing of particles of different sizes on different flow streamlines with the aid of a permeate flow applied across the hollow-fiber wall and their differential elution by the main flow streamlines at the fiber outlet.

In this Ph.D., we developed an automated sequential prototype based on the HF5 principles. The accumulation and elution conditions were explored, leading to the prescription of a separation methodology, which applies for stable negatively charged Brownian particles (in order to limit particle aggregation and adsorption on the membrane). A CFD model was developed to guide the initial prototype design and the choice of the operating conditions. The numerical model was extended to include an original description of colloidal dynamics near phase transition and its impact on near-membrane particle accumulation and relaxation processes. We evidenced the existence of a permeate flow-rate (during elution) at which the Brownian diffusion prevails over the drag force, and that allows controlling particle differential elution: this
reveals to be a crucial condition for successful separation. The developed prototype allows the processing of higher sample amount than classical HF5, by using the total membrane surface during particle focusing. We performed the separation of latex polystyrene nanoparticles with a size ratio of 5, using 4.74 μg of particles per cm 2 of membrane without compromising the peak resolution (similar to AF4 configuration and superior to HF5). Moreover, the prototype allows running several consecutive separation cycles (up to five cycles were tested), without increasing membrane fouling.