Paola CINNELLA                         PR, Sorbonne université  - Rapporteure

Rémi MANCEAU                         DR CNRS, LMAP  - Rapporteur

Luminita DANAILA                     PR, Université de Rouen - Examinatrice

Sofiane BENHAMADOUCHE     Senior scientist, EDF Chatou - Examinateur

François CHEDEVERGNE          DR ONERA, TACT -  Examinateur

Eric SERRE                                  DR CNRS, M2P2  - Président du jury

Christophe FRIESS                    MCF, Aix-Marseille Université - Directeur de thèse

Fabien DUVAL                            IR ASNR, LIE - Co-encadrant de thèse

Date et lieu : le mercredi 7 octobre 2026 à 9h30 au M2P2, dans l’Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, 13545, Aix-en-Provence

Résumé : La résistance aux antimicrobiens est une menace mondiale croissante, qui devrait causer jusqu'à deux millions de décès par an d'ici 2050. Elle est alimentée par l'utilisation généralisée et l'accumulation environnementale des antibiotiques. Une stratégie d'atténuation clé est la dégradation de ces polluants issus des eaux usées avant leur rejet dans les écosystèmes. Dans cette thèse, le potentiel des enzymes comme biocatalyseurs pour la bioremédiation des antibiotiques est étudié. Les criblages initiaux utilisant des laccases fongiques libres de diverses origines et degrés de pureté n'ont pas permis d'inactiver significativement les tétracyclines. Pour étendre leur potentiel oxydatif, un criblage systématique de quatre systèmes laccase-médiateur a été mené à travers 360 conditions expérimentales. Ces essais ont utilisé la laccase purifiée de Pycnoporus cinnabarinus. Les médiateurs évalués comprenaient l'ABTS, l'HBT, le syringaldéhyde (SAD) et l'acide syringique (SAC). Les dosages enzymatiques, les ratios médiateur/substrat et les temps de réaction ont été systématiquement variés. Une approche haut débit originale a été développée pour suivre l'activité antimicrobienne résiduelle pendant la biotransformation de la doxycycline, choisie comme composé modèle. Une stratégie analytique globale a combiné des tests antimicrobiens, la déconvolution spectroscopique UV-Vis et la chromatographie en phase liquide. Cette approche a permis d'élucider avec succès les mécanismes de réaction sous-jacents. De manière cruciale, les tests antimicrobiens ont révélé que la chimie du médiateur régit la réduction de l'activité résiduelle selon l'ordre ABTS > SAD > HBT > SAC. De plus, des intermédiaires radicaux transitoires augmentent temporairement l'activité antimicrobienne. En revanche, des zones d'atténuation spécifiques apparaissent dans le système médié par le SAD à de faibles concentrations d'enzyme. Cette réduction représente une diminution allant jusqu'à 15 000 fois par rapport aux moyennes de la littérature. Ces résultats mettent en évidence le potentiel biotechnologique des médiateurs biosourcés pour minimiser efficacement la consommation de biocatalyseur. Par ailleurs, l'immobilisation covalente de l'enzyme sur des microparticules de silice permet d'étendre la stabilité opérationnelle sous conditions catalytiques de 3 à 11 jours. Cette amélioration a été obtenue dans une gamme élargie de pH allant de 3,0 à 5,0. Ce biocatalyseur hétérogène a maintenu des performances stables sur 20 cycles consécutifs de dégradation de l'ABTS. Il a conservé jusqu'à 80 % de son efficacité à un pH optimisé de 5,5. Globalement, ce travail établit une plateforme rigoureuse pour l'évaluation des traitements enzymatiques. Il démontre une biotransformation à haute efficacité tout en surmontant les verrous techniques liés à la réutilisabilité et à la stabilité opérationnelle des enzymes.

Mots clés : Antibiotiques, procédés d'oxydation, enzymes, traitement de l'eau, résistance aux antimicrobiens.

Date et lieu : le lundi 8 juin 2026 à 14h00 dans l’Amphithéâtre N°3, Centrale Méditerranée ; 38 rue Frédéric Joliot Curie,13013 Marseille

Résumé : L'amélioration de l'efficacité énergétique des systèmes industriels constitue un enjeu majeur de la transition énergétique. Une part importante de l'énergie primaire est dissipée sous forme de chaleur fatale, notamment à basse et moyenne température, où les solutions de valorisation restent limitées. Dans ce contexte, les cycles au dioxyde de carbone supercritique (sCO2) suscitent un intérêt croissant grâce à leur compacité, à leur potentiel de rendement élevé et aux propriétés du fluide près du point critique. Leur déploiement reste toutefois freiné par des verrous technologiques et par la difficulté de modéliser le fluide réel. Cette thèse étudie un concept innovant de compression thermiquement entraînée, appelé SHREC, développé avec le partenaire industriel CIXTEN. Contrairement aux cycles de Brayton classiques, fondés sur un compresseur mécanique alimenté électriquement, le dispositif SHREC convertit directement l'énergie thermique, idéalement issue de chaleur fatale, en travail de compression. En réduisant le recours à la compression mécanique, il vise à diminuer la consommation électrique auxiliaire et à améliorer le rendement global des cycles au sCO2. La principale difficulté scientifique réside dans la modélisation du CO2 supercritique. À proximité du point critique, de faibles variations de température ou de densité induisent de fortes non-linéarités sur la densité, la capacité calorifique, la compressibilité et les propriétés de transport. Les hypothèses de gaz parfait ou de propriétés constantes deviennent alors inadaptées. Le dispositif SHREC fonctionne en outre à faible nombre de Mach et dans des géométries complexes, ce qui impose des exigences élevées de stabilité, de conservation de masse et de cohérence thermodynamique. Pour répondre à ces enjeux, une approche de modélisation multi-échelle a été développée. À l'échelle système, un modèle thermodynamique zéro-dimensionnel (0D), fondé sur une équation d'état cubique, a été élaboré pour décrire le comportement du fluide supercritique. Il permet de prédire rapidement les performances globales et de réaliser des analyses de cycle. Des essais expérimentaux sur un prototype à échelle réduite ont permis de mesurer l'évolution de la pression, des températures, de la puissance produite, du coefficient de performance et des destructions d'exergie. Les résultats montrent que les principales irréversibilités se situent dans l'unité expanseur-compresseur et dans les échangeurs de chaleur principaux. À l'échelle locale, un cadre numérique tridimensionnel fondé sur la méthode de Boltzmann sur réseau a été développé et adapté aux fluides réels. Une formulation compressible à faible nombre de Mach a été implémentée et couplée à une équation d'état cubique pour reproduire les effets thermodynamiques supercritiques. Les géométries complexes ont été traitées par la méthode des frontières immergées. L'approche a d'abord été validée sur des jets supercritiques de la littérature, puis appliquée au dispositif SHREC pour résoudre les champs transitoires de température et de pression. La comparaison entre les simulations CFD et le modèle 0D montre que l'hypothèse d'équilibre instantané de pression entre les chambres n'est pas strictement vérifiée. Le modèle 0D ne reproduit pas les déséquilibres locaux, mais il restitue correctement la dynamique globale de compression et de détente, tandis que les simulations CFD fournissent une description détaillée des mécanismes internes d'écoulement et de transfert thermique. Ce travail montre que l'étude fiable des systèmes au sCO2 requiert une combinaison cohérente entre thermodynamique des fluides réels, modélisation réduite, simulations numériques et validation expérimentale. Il contribue au développement de technologies de compression thermiquement entraînée pour la valorisation de chaleur fatale et pose les bases de systèmes compacts pour les cycles énergétiques de nouvelle génération.

Mots clés : CO2 supercritique, Transfert thermique, Machine thermique innovante

Date et lieu : le mardi 10 mars 2026 à 14h00 dans l’Amphithéâtre du Cerege du Technopôle de l'Arbois-Méditerranée

Résumé : Cette étude examine l'effet de la géométrie sur l'efficacité énergétique des échangeurs de chaleur et des réacteurs en appliquant des méthodes de minimisation de la génération d'entropie. Dans un échangeur de chaleur / réacteur concentrique à double enveloppe, quatre diamètres sont optimisés tandis que la chaleur échangée est maintenue constante pour déterminer la longueur afin de minimiser l’irréversibilité totale. Les résultats montrent que les variations géométriques permettent de la réduire. En outre, l'étude examine également l'influence du débit du fluide sur l’irréversibilité et la géométrie optimale correspondante. Dans un réacteur à double enveloppe tubulaire, avec un avancement de réaction de sortie constante, la génération d’entropie du réacteur est minimisée en variant la géométrie du réacteur de différentes formes (cylindrique, conique, hyperbolique et sinusoïdale). Les effets du débit du fluide caloporteur et du mélange réactionnel, de la concentration, de la température des réactifs et de la chaleur de réaction sur l’irréversibilité ont également été étudiés. Une solution bidimensionnelle est utilisée pour analyser la distribution du taux de génération d'entropie à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics. En tant que grandeur associée aux flux, le taux de génération d’entropie locale est déterminé par la somme de la contribution des échanges de chaleur, des dissipations visqueuses et de la réaction chimique. Une comparaison de la distribution de cette valeur locale et des forces motrices est faite entre les géométries optimales et défavorables. Les résultats montrent que dans la configuration optimale, qui minimise la génération d'entropie totale, les distributions de force et de taux de génération d'entropie locale sont plus uniformes, ce qui va dans le sens de la théorie d’équipartition.

Mots clés : Minimisation de la génération d'entropie ; Modélisation ; Équipartition

David ZARZOSO-FERNANDEZ - Chargé de recherche - CNRS M2P2 - Directeur de thèse

Emmanuel FRéNOD - Professeur des universités  - Université Bretagne Sud - Co-directeur de thèse

Victor TRIBALDOS - Professeur des universités - Universidad Carlos III de Madrid - Rapporteur

Julien LE SOMMER - Directeur de recherche - CNRS, IGE Grenoble - Examinateur

Maxime LESUR - Professeur des universités - Université de Lorraine - Institut Jean Lamour - Rapporteur

Mitra FOULADIRAD - Professeure des universités - Centrale Méditerranée - Président