Évaluation de l’impact des microplastiques sur les performances d’un bioréacteur à membrane destiné au traitement des eaux usées

2026

Directeur de thèse : Dr. HDR. Monnot Mathias (M2P2)

Co-directrice de thèse : Dr. Isabelle Seyssiecq (M2P2)
Co-encadrants de thèse : Dr. Marie-Julie Dalbe (IRPHE) et Dr. HDR. Cristian Barca (M2P2)

Les microplastiques (MPs) sont définis comme des particules d’origine synthétique ayant des dimensions comprises entre 1 μm et 5 mm [1]. En raison des additifs chimiques qu’ils contiennent, de leur capacité à adsorber les contaminants organiques, et de leur toxicité intrinsèque lorsqu’ils sont dégradés en nanoplastiques, les MPs sont considérés comme des polluants émergents préoccupants pour la santé publique et l’environnement. Plusieurs études ont confirmé que les stations d’épuration des eaux usées (STEP) sont à la fois des puits et des sources de MPs en raison de la pollution en MPs générée par des activités humaines [2]. Des études récentes ont confirmé que le bioréacteur à membrane (BRM) peut représenter une solution efficace (Rétention en MPs > 95%) pour dépolluer les eaux usées [3,4]. Un BRM couple un procédé biologique de type boues activées classique à une membrane, généralement immergée dans le bioréacteur pour séparer les boues (la biomasse) de l’eau traitée. Cependant, les mécanismes exacts de rétention et l’effet de l’accumulation des MPs sur l’activité des boues et les performances du BRM sont encore mal compris [5,6]. En effet, la présence de MPs peut influencer considérablement la cinétique du colmatage des membranes. Les effets des MPs sur les performances des BRM demeurent complexes et dépendent de plusieurs facteurs tels que la concentration, la forme, le type et la taille des MPs, ainsi que des paramètres opérationnels du BRM (temps de rétention hydraulique et des boues, flux membranaire, etc.).

Ce projet de thèse vise, dans des conditions proches de la réalité, à contribuer à mieux élucider les mécanismes de rétention des MPs et à évaluer l'effet de leur accumulation dans les boues sur les performances du BRM pour le traitement des eaux usées urbaines en termes de dégradation de la pollution carbonée, d’efficacité de nitrification et de productivité en eau (performances hydrauliques). [Voir plus dans le fichier joint]

Figure 1 : Acquisitions au microtomographe à rayon X d’un échantillon de boues concentrées contenant des billes de PS d’environ 350 μm (novembre 2025)

Programme de thèse prévisionnel (36 mois) :

M0–M6 : Revue bibliographique, définition des protocoles expérimentaux et mise en place du BRM pilote (acclimatation de la biomasse, régime permanent sans MPs).

M6–M12 : Campagne 1 (référence sans MPs) : suivi des performances biologiques (C/N), hydrauliques et caractérisation initiale du biofilm et des boues.

M12–M24 : Campagne 2 : injection contrôlée de MPs (par type et taille), suivi du colmatage, de la pression transmembranaire et des rendements de rétention (bilans entrée–sortie, μFTIR [10, 11]). Analyse de l’accumulation des MPs dans les boues et le biofilm.

M24–M30 : Observations spatio-temporelles par microtomographie à rayon X: distribution des MPs dans biofilm vs boues libres, identification d’agglomérations et chemins préférentiels. Modélisation et interprétation mécanistique des phénomènes de rétention et de colmatage en fonction des propriétés des MPs et des conditions opératoires.

M30–M36 : Synthèse des résultats, fin de rédaction de la thèse, et finalisation de la valorisation scientifique.

Profil du candidat :

diplômé(e) d’une formation bac+5 en génie des (bio)procédés (master ou ingénieur).
bonne connaissance des opérations unitaires et en particulier des procédés biologique et/ou des procédés membranaires.
compétences en chimie analytique et/ou analyses d’images seraient appréciées.
des qualités d’expérimentateur.
des compétences relationnelles, ainsi que des qualités d’expression et de présentation des résultats
très bonne maitrise de l’anglais (oral et écrit).

Lieu de réalisation du doctorat :

Laboratoire M2P2 Site de l’Arbois : Europôle de l’Arbois, Bat. Laennec, Hall C, Avenue Louis Philibert, 13545 Aix en Provence + déplacements à prévoir au LMA et à l’IRPHE (site de Château Gombert à Marseille) pour analyses.

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