traitement des eaux et déchets

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Traitement des Eaux et des Déchets
Présentation

Approche intégrée du traitement et de la valorisation des eaux et des déchets


Les recherches de l’équipe Traitement des Eaux et Déchets (TED) sont organisées autour d’une vision globale intégrée du traitement et de la valorisation des eaux usées, des biomasses et des déchets.
Cette approche systémique s’appuie sur une démarche conjointe expérimentation-modélisation-simulation des procédés, pour traiter, réutiliser et valoriser des effluents urbains ou industriels et des biomasses (production d’H2, de CH4, de chaleur ; production de biocarburants et de molécules plateformes pour la chimie ; récupération des nutriments, des métaux, etc.). Elle vise à contribuer aux grands enjeux du 21ème siècle et plus particulièrement aux transitions écologique et énergétique.
A cet effet, l’équipe développe des approches multi-échelles de traitement et de valorisation des effluents et des biomasses. Aux échelles moléculaire et cellulaire, l’équipe possède et développe des compétences pour les caractérisations spécifiques comme la rhéologie et la (bio)-calorimétrie. Cette dernière est appliquée à la fois à la détermination de la chaleur liée au métabolisme cellulaire et aussi à la calorimétrie haute pression (max 300°C, 60 MPa), l’originalité de l’équipe porte sur le design de cellules calorimétriques spécifiques. A l’échelle du réacteur, les études se focalisent sur le développement, le dimensionnement et l’optimisation de procédés biologiques, thermochimiques et physico-chimiques. La caractérisation des grandeurs cinétiques et de transferts mène au développement de modèles dédiés. Ces modèles sont utilisés au sein de méthodologies intégratives spécifiques dès que deux ou plusieurs procédés sont couplés. Ces méthodes sont développées pour déterminer le fonctionnement optimal du couplage et/ou du site industriel accueillant ces procédés.
 
Les thématiques développées dans l’équipe TED s’articulent autour des trois axes suivants :
 

Axe Dépollution

dédié au dimensionnement de procédés de traitement des eaux et des déchets ainsi qu’à la compréhension des mécanismes de transfert et processus réactionnels mis en jeu.
Sous-axes : bioréacteurs, filtres réactifs, oxydation en voie humide, rhéologie, calorimétrie, etc.
 

Axe Valorisation

dans lequel les études sont consacrées à l’optimisation des processus et procédés pour la valorisation matière et/ou énergie des effluents et des déchets 
Sous-axes : bioH2 et vecteurs énergétiques à partir de biomasse, gazéification, procédés de liquéfaction hydrothermale, récupération de nutriments, etc.
 

Axe Intégration

focalisé sur l’étude du couplage des procédés développés dans l’équipe associée à une démarche d’optimisation des flux par des méthodes ad hoc.
Sous-axes : couplage de procédés, optimisation énergétique, simulation de filières, etc.

Responsable

  • Maître de Conférences AMU - HDR
    équipe Traitement des Eaux et Déchets
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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Equipements

-    Rhéomètre
-    Calorimètre SETARAM C80
-    Spectromètre UV et IR équipé avec une cellule gaz pour mesure on-line continu et ATR
-    Micro-chromatographe gaz
-    Pilote de Gazéification semi Batch (10 gr) (études de faisabilité)
-    Banc de caractérisation de la pollution des eaux (DCO, DBO5, MES, MVS, PO43+, NH4+, NO3- …)
-    Calorimètre de réaction (1 L)
-    Réacteurs hydrothermaux hautes pression et température, batch (200 mL 350°C, 40MPa) et continus (6 L/h, 500°C, 30MPa)
-    Pompes haute pression
-    Bioréacteurs

Partenaires académiques et industriels

Collaborations Internationales avec

Kumamoto University (Japon) / EAN Bogotá (Colombie) / La Sapienza Rome (Italie) / Politecnico di Torino (Italie) / LBGEL-ENIS Sfax (Tunisie)

 

Collaborations Nationales 

Industrielles :

ENGIE / A3i INOVERTIS / Société du Canal de Provence / Athéna Recherche & Innovation / Earthwake / CMA-CGM

Académiques - Institutionnelles :

Région PACA / Institut de Mécanique et Ingénierie (IMI) / FR Fabri de Peiresc / FR ECCOREV / BIP Marseille / BBF Marseille / CEREGE Aix-en-Provence / INERIS Aix-en-Provence / DEEP-INSA Lyon / LRGP Nancy / LGC Toulouse / Hôpitaux de Marseille

 

Dernières publications de l'équipe

  • Emilie Gout, Fatimatou Toure Lo, Mathias Monnot, Olivier Boutin, Pierre Vanloot, et al.. Coupling membrane processes with wet air oxidation for the remediation of industrial effluents. Chemical Engineering Journal, 2023, 472, pp.144937. ⟨10.1016/j.cej.2023.144937⟩. ⟨hal-04202142⟩ Plus de détails...
  • Tetyana Kyrpel, Vita Saska, Anne de Poulpiquet, Mathieu Luglia, Audrey Soric, et al.. Hydrogenase-based electrode for hydrogen sensing in a fermentation bioreactor. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 225, pp.115106. ⟨10.1016/j.bios.2023.115106⟩. ⟨hal-03963086⟩ Plus de détails...
  • Antonello Tangredi, Cristian Barca, Jean-Henry Ferrasse, Olivier Boutin. Effect of process parameters on phosphorus conversion pathways during hydrothermal treatment of sewage sludge: A review. Chemical Engineering Journal, 2023, 463, pp.142342. ⟨10.1016/j.cej.2023.142342⟩. ⟨hal-04303018⟩ Plus de détails...
  • Cristian Barca, Matteo Magari, Hélène Miche, Pierre Hennebert. Effect of different wastewater composition on kinetics, capacities, and mechanisms of phosphorus sorption by carbonated bauxite residue. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 10 (6), pp.108922. ⟨10.1016/j.jece.2022.108922⟩. ⟨hal-03884024⟩ Plus de détails...
  • Shumet Sharew, Ludovic Montastruc, Abubeker Yimam, Stéphane Négny, Jean-Henry Ferrasse. Alternative Energy Potential and Conversion Efficiency of Biomass into Target Biofuels: A Case Study in Ethiopian Sugar Industry- Wonji-Shoa. Biomass, 2022, 2 (4), pp.279-298. ⟨10.3390/biomass2040019⟩. ⟨hal-03936793⟩ Plus de détails...
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Rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

25 janvier 2024 - Développement d'approches intégrées pour la récupération de nutriments et de vecteurs énergétiques à partir des eaux usées et des biomasses résiduaires / Soutenance HDR Cristian Barca
Date et lieu : le jeudi 25 janvier 2024 à 10h00 au M2P2, Grand Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois, Avenue Louis Philibert 13290 Aix en Provence.

Résumé : La mise en œuvre d’une économie circulaire dans les secteurs des eaux usées et des biodéchets représente aujourd’hui un enjeu de grande actualité pour les chercheurs et les professionnels dans le domaine de la gestion durable des ressources. En effet, la récupération de vecteurs énergétiques et matières premières secondaires à partir des eaux usées et des biodéchets peut représenter une solution durable pour surmonter la pénurie de ressources naturelles non renouvelables. En particulier, les eaux usées et les biomasses résiduaires telles que les boues d'épuration, les digestats de méthanisation et les lisiers d’élevage représentent des sources renouvelables de carbone organique et de nutriments tels que l'azote (N), le potassium (K) et le phosphore (P) qui peuvent être valorisés dans la production de biocarburants (e.g. biogaz, biohuiles) et d'engrais (e.g. précipités de N, K et P). Par conséquent, le développement de procédés innovants qui intègrent la récupération de vecteurs énergétiques et de nutriments lors du traitement des eaux usées et des biomasses résiduaires a reçu une attention croissante au cours de la dernière décennie.
Depuis l’obtention d'un doctorat en Génie des Procédés, mon activité de recherche a porté principalement sur le développement de procédés destinés au traitement et à la valorisation des eaux usées et des biomasses résiduaires, avec un accent particulier sur la récupération de nutriments et vecteurs énergétiques. Ces recherches ont ainsi contribué à l’avancement scientifique des connaissances sur les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de conversion et de transfert, ainsi qu’à l’avancement technologique de la conception et de la mise au point des procédés. Dans le cadre de la préparation du diplôme d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR), cette présentation de soutenance portera sur une synthèse des travaux de recherche menés depuis l’obtention du doctorat. Enfin, la stratégie de recherche et quelques perspectives de recherches futures seront présentées.

Mots clés : Eaux usées, Biomasses résiduaires, Nutriments, Biogaz, Économie circulaire

Jury
Mme Alessandra CARUCCI,   Professeur des Universités, Université de Cagliari (Italie), Rapporteur
Mme Véronique DELUCHAT,  Professeur des Universités, Université de Limoges (France), Rapporteur                     
M Rémy GOURDON,   Professeur des Universités, INSA Lyon (France), Rapporteur   
M Florent CHAZARENC,   Directeur de recherche, INRAE Lyon (France), Examinateur
M Eric RECORD,   Directeur de recherche, INRAE Marseille (France), Examinateur
Mme Laure MALLERET,   Maître de Conférences (HDR), Aix-Marseille Université (France), Examinateur
M Olivier BOUTIN,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Tuteur
M Jean-Henry FERRASSE,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Invité
28 novembre - Sustainable biorefinery schemes for the recovery of energy, material and nutrient of residual biomass / Soutenance de thèse Monica AMADO
Doctorant : Monica AMADO 

Date : lundi 28 novembre à 9h30 dans La salle 205 du CEREGE / Arbois

Abstract : Agricultural activities are a constant source of residual biomass that does not usually have an added value during harvesting activities or throughout the raw material transformation industry, impacting the environmental surroundings where these activities take place. The residual biomass coming from the livestock sector (manure) and the agricultural sector (transient and permanent crops) has a high pollutant load related to biodegradable organic matter.  
The problem of the project focuses on Colombian economic changes that have encouraged the use of biofuels as an alternative to reduce dependence on the fossil fuel industry. By presenting the biological processes of anaerobic co-digestion (AD) or dark fermentation (DF) as an alternative for the waste valorization of three relevant agricultural waste from the Colombian (coffee mucilage, cocoa mucilage and swine manure) due to its production increase and their high content of carbohydrates, proteins, and cellulose. 
Bioprocesses are limited by efficient and optimal design. Therefore, the results present three biorefinery schemes modeled in Aspen Plus, for the recovery of products and by-product. Furthermore, through energy, by using Aspen Energy Analyzer and life cycle assessments (LCA - SimaPro), the project presents the sustainability and efficiency for the proposed schemes.  
The project aims an advance in the subject given that the first works in the country have been conceptual approaches to develop the biorefinery concept. 
  
Jury

  • Pierre BUFFIERE  Rapporteur - Professeur, INSA de Lyon, France 
  • Ludovic MONTASTRUC  Rapporteur - Professeur, INP Toulouse, France 
  • Paola ACEVEDO  Examinatrice - Maître de conférences, Université Coopérative de Colombie, Colombie 
  • Ivan CABEZA  Examinateur - Professeur, Université La Salle, Colombie 
  • Hélène CARRERE  Présidente de jury - Directrice de recherche INRAE, France 
  • Jean-Henry FERRASSE - Directeur·de these - Professeur, Aix-Marseille Université, France 
  • Cristian BARCA - Co-directeur·de these - Maître de conférences, Aix-Marseille Université, France