Présentation INRAE
L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.
Dans le contexte actuel de crises énergétique et environnementale, la transition vers une utilisation accrue des biomasses dans une démarche de bioéconomie est un enjeu majeur. Les biodéchets représentent un gisement très intéressant pour une valorisation biologique de par leur composition biochimique et leur potentiel énergétique. En particulier, les filièrs actuelles de traitement impliquent la digestion anaérobie et le compostage aérobie qui permettent une valorisation énergétique (méthane) et/ou matières pour l’agriculture (digestat ou compost). Cependant, la cascade de valorisation anaérobie/aérobie de ces déchets appelle à être optimisée. Ainsi, si les biodéchets possèdent un potentiel méthanogène important, leur digestion anaérobie en tant que mono-substrat peut présenter des instabilités liées à l’accumulation d’acides gras volatils ou à la minéralisation de l’azote organique en azote ammoniacal (NH3). Ces verrous sont particulièrement exacerbés dans le cas de procédés de digestion en voie concentrée (i.e., sans dilution du substrat), alors même que ces derniers présentent l’intérêt de produire des digestats plus facilement post-valorisables, notamment comme amendement ou fertilisants organiques. Cependant, cette dernière valorisation, qui peut se faire par compostage, peut également avoir des impacts négatifs via par exemple l’émssion de composés tels que l’azote ammoniacal. Pour apporter des solutions de réduction aux pertes d’azote en compostage d’une part et aux instabilités de la digestion anaérobie d’autre part, l’ajout de biochar (produit par pyrolyse/gazéification de biomasses ligno-cellulosiques) comme additif dans chacun de ces deux procédés biologiques a été étudié de façon croissante au cours des 10 dernières années. Néanmoins, les mécanismes clefs à la fois physico-chimiques et biologiques qui conduisent à ces améliorations restent encore au niveau d’hypothèses scientifiques. Par conséquent, il est indispensable d’améliorer les connaissances sur les liens entre les caractéristiques physico-chimiques des biochars et les procédés de digestion anaérobie/aérobie (méthanisation/compostage), afin de proposer des conditions opératoires à privilégier pour les procédés. Enfin, la complémentarité digestion anaérobie et compostage, ainsi que la détermination de la ou des étapes optimales d’apport de biochar dns ce cadre ne sont pas abordées, à ce jour, dans la littérature scientifique. Dans ce contexte, la thèse proposée vise à étudier les mécanismes d’action des biochars et à proposer des critères de sélection de leurs propriétés et des paramètres opérationnels de leur utilisation afin d’optimiser la méthanisation, le compostage et la cascade de ces deux procédés. Elle s’appuiera sur les compétences conjuguées des UR INRAE OPAALE et LBE, ainsi que celles de l’ENSCR.
Environnement de travail, missions et activités
Le doctorat sera structuré en 4 axes de travail : 1. Identification des propriétés intéressantes des biochars pour les applications visées (étude bibliographique), et sélection d’un nombre réduit de biochars pour l’étude 2. Identification et quantification des effets des propriétés des biochars sur la méthanisation en milieu simplifié (substrat, petite échelle, temps court) dans un objectif de screening et de validation des mécanismes associés 3. Identification et quantificationdes effets de leurs propriétés sur le compostage et hypothèses de mécanismes (petite échelle ; résidus frais et digestat) 4. Evaluation de l’influence du changement d’échelle du procédé (reproduction des effets et des mécanismes) et analyse de la cascade méthanisation-compostage en fonction de l’étape d’apport du biochar, afin de proposer des meilleures combinaisons de traitement. Ces travaux s’appuieront sur les dispositifs expérimentaux et analytiques présents dans les unités : Équipements d’analyse pour la caractérisation physique et chimique des biochars (BET, porosimétrie, zétamétrie, etc.) et la spéciation des espèces azotées (chromatographies anionique et cationique) de l’ENSCR. Dispositifs expérimentaux de digestion anaérobie (réacteurs de 100 mL à 10 L, batch et continus) et de compostage (respiromètres de 10 L et pilotes de 300 L), ainsi que les protocoles associés présents et validés au LBE et à OPAALE. Dispositifs analytiques pour les suivis physicochimique et microbiolgique des bioréacteurs;
Localisation Rennes : UR INRAE OPAALE et ENSCR Narbonne : UR INRAE LBE
Formations et compétences recherchées
Master/Ingénieur (Bac+5)
Master ou diplôme d’ingénieur avec expérience de la recherche. Solides connaissances dans le domaine du génie des bioprocédés. Des connaissances en chimie analytique et/ou des matériaux seraient également appréciées. Le candidat doit être autonome, rigoureux, capable de travailler en équipe, avoir de bonnes capacités rédactionnelles et une bonne maîtrise de l’anglais.
Votre qualité de vie à INRAE
En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :
– jusqu’à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
– d’un soutien à la parentalité : CESU garde d’enfants, prestations pour les loisirs ;
– de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
– d’un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
– de prestations vacanceset loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
– d’activités sportives et culturelles ;
– d’une restauration collective.
