Axe Environnement
Etude des interactions Polluants - Eau - Sols
L’axe Environnement & Dépollution du LGE développe des approches intégrées pour comprendre, optimiser et mettre à l’échelle les procédés de dépollution de l’eau et des sols. Les recherches s’appuient sur une expertise reconnue dans les procédés électrochimiques avancés (électro-Fenton, oxydation anodique, régénération électrochimique, couplages bio-électrochimiques) et dans la bioremédiation assistée, visant à traiter efficacement les polluants émergents et persistants. L’axe associe expérimentation multi-échelle (du microsystème au pilote), analyse mécanistique fine et modélisation hydrodynamique et réactive pour relier les phénomènes locaux aux performances globales. Inscrite dans une trajectoire de recherche résolument pluridisciplinaire, cette démarche positionne le LGE comme un acteur majeur du développement de technologies de dépollution sobres en énergie, adaptées aux effluents réels et aux enjeux environnementaux durables.
Le LGE explore les possibilités d’optimisation du traitement des eaux par les procédés électrochimiques d'oxydation avancée en travaillant notamment sur les nouveaux matériaux d’électrode ou sur l’utilisation de catalyseurs solides pour améliorer l’efficacité des procédés en terme de consommation d’énergie, de vitesse de dégradation et d’efficacité de minéralisation notamment. Les pistes envisagées concernent l’étude des electrodes modifiées par le graphène et les anodes à double fonction permettant de réaliser electrolyse et photochimie simultanément. Le couplage entre techniques s’avèrent en effet un axe essentiel de progrès dans ce domaine. Le développement et l’optimisation du procédé bioelectroFenton, mis en place – à l’échelle du laboratoire - au LGE dans le cadre du précédent contrat, seront poursuivis et accentués. Son adaptation à l’échelle industrielle sera réalisée en développant le couplage entre le pilote EF, maintenant opérationnel, et un réacteur biologique de type SBR dans le cadre d'une thèse financée par l'UPEM. D’autres études de couplages pourront également être développées telles que le couplage entre un procédé physique ultrasonique et un procédé biologique pour le traitement de sols et d’eaux pollués par des hydrocarbures qu’il semble intéressant de développer dans le cadre d’un réacteur bioslurry ou des couplages entre les procédés électrochimiques d’oxydation avancée et des procédés tels que l’électrocoagulation ou le photo-électro-Fenton. Enfin, le pilote EF mis en place sur le contrat en cours sera utilisé pour tester la possibilité de régénérer le charbon actif utilisé lors du couplage adsorption / EF.
Les aspects de dépollution des sols sont abordés selon plusieurs axes selon les types de sols et les types de polluants. Dans certains cas, les sols sont lavés, en présence éventuellement de biosurfactants produits ex-situ sur ou hors site ou produits in-situ, et les eaux de lavage sont ensuite traitées par des processus électrochimiques d’oxydation avancée. Le LGE traite le cas des hydrocarbures pétroliers, problématique peu traitée d’un point de vue scientifique bien que cette pollution soit la plus courante dans les faits et pose des soucis de traitement sur le terrain. En parallèle, le LGE explore les mécanismes de production des biosurfactants et la faisabilité industrielle des procédés développés. Le changement d’échelle du laboratoire au pilote puis au site pollué sera également abordé notamment dans le cadre d'une thèse CIFRE COLAS Environnement et en collaboration avec le BRGM. Le développement des compétences du LGE en termes de bioréacteurs dans les procédés bioslurry est assuré pour faire suite aux phases de conduite de réacteur et de modélisation des paramètres de fonctionnement réalisées qui a permis de prédire les résultats obtenus sur des sols modèles contaminés de façon artificielle, le LGE aborde des sols réellement contaminés. En complément des études sur les biosurfactants, le LGE s'intéresse à l’utilisation de biopolymères produits lors du traitement des eaux usées comme sorbant des polluants des sols et simultanément comme source de carbone.
Dans la plupart des procédés biologiques et électrochimiques étudiés au LGE, les phénomènes locaux aux interfaces gaz/liquide/solide comme le transport de matière gaz-liquide ou solide-liquide, le transfert d’énergie aux électrodes, l’hydrodynamique, l’évolution des phases aux interfaces, la distribution spatiale des champs de concentrations des polluants et réactifs oxydants en temps réel à l’intérieur des systèmes étudiés, sont des processus clés. Ainsi pour aboutir à des optimisations des procédés étudiés au LGE, une connaissance profonde et précise de ces phénomènes est essentielle.
Une optimisation adéquate des procédés de dépollution susmentionnés nécessite le recours à des approches d’investigation plus locales, fondées sur des outils robustes et précis. Le LGE étudie, à l’échelle locale, les phénomènes régissant les interactions gaz/liquide/solide aux interfaces, par des approches microfluidiques. Ces approches plus locales s’outillent par des techniques analytiques poussées comme les méthodes optiques par caméra rapide, les méthodes analytiques innovantes non-intrusives. Cela permet de s’ouvrir à des domaines et géométries réduites et expérimentalement plus complexes et rend désormais l’investigation locale de plusieurs procédés polyphasiques de dépollution possible et la compréhension théorique et expérimentale nécessaire à la construction d'une modélisation robuste faisable afin de mieux optimiser les performances des procédés électrochimiques et biologiques appliqués à la dépollution.
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