Amélioration électromicrobienne de la production de biohydrogène à partir de déchets organiques

Promouvoir la production d’énergie renouvelable à partir de déchets organiques agricoles, industriels ou ménagers est un enjeu majeur, à la fois environnemental et économique. Une solution prometteuse est l’émergence d’une filière de bio-hydrogène compétitive pouvant se substituer aux filières actuelles essentiellement basée sur le reformage d’hydrocarbures fossiles, par définition non renouvelables, et générant d’importantes émissions de gaz à effet de serre (GES). L’objectif de ce doctorat est de développer un procédé original de production d’hydrogène biologique par fermentation sombre dont les performances seront augmentées par rapport aux solutions déjà décrites. En effet, les grands principes de ce type de procédé ont été posés dans la littérature scientifique et plusieurs développements à l’échelle pilote ont déjà été rapportés, mais leur passage à l’échelle industriel demeure inachevé, principalement en raison leur coût, ce qui se traduit par un bio hydrogène non compétitif par rapport à son équivalent issu des hydrocarbures. Dans cette recherche, nous explorerons une voie innovante de production de bio-hydrogène, combinant à la fois des processus électro-microbiologiques (électro-fermentation), et membranaires afin d’améliorer la récupération du bioH2. Les travaux seront menés aussi bien dans des bioréacteurs instrumentés de laboratoire, conventionnels et/ou spécifiquement développés pour le projet, et équipés d’un suivi automatique des gaz de fermentation par micro-GC afin de caractériser quantitativement la production d’hydrogène dans le procédé et les paramètres physico-chimiques affectant cette production. L’objectif final de ce projet sera de mettre en place un démonstrateur pour cette technologie sur le site de la ferme expérimentale de l’Université de Lorraine. Ce projet de thèse bénéficiera de la combinaison des expertises du LRGP sur les Procédé fermentaires industriels et ceux du LCPME en électro-microbiologie. Les deux laboratoires disposent de l’environnement scientifique et technologique pour mener à bien cette recherche.

Cette thèse s’adresse à des étudiants de niveaux Ingénieur ou Master avec de solides connaissances en microbiologie et/ou en Génie des Procédés, avec le désir d’étudier les processus électromicrobiologiques. Des connaissances en génie des matériaux et en physico-chimie sont également bienvenues pour ce projet. De plus, le(a) candidat(e) devra faire preuve d’autonomie, de curiosité et de rigueur.

Niveau d’anglais requis : B1
N’hésitez pas à nous contacter pour tout renseignement :
Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
Emmanuel Guedon, emmanuel.guedon@univ-lorraine.fr
Laboratoire de Chimie-Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement
Mathieu Etienne, mathieu.etienne@univ-lorraine.fr
Projet financé par le programme Lorraine Université d’Excellence : http://lue.univ-lorraine.fr/fr
Candidatures souhaitée avec le 30 avril 2019 à l’adresse suivante : http://doctorat.univ-lorraine.fr/…/lue-amelioration-electro…

Références : a) Ghimire, A., Frunzo, L., Pirozzi, F., Trably, E., Escudie, R., Lens, P. N., & Esposito, G. (2015). A review on dark fermentative biohydrogen production from organic biomass: process parameters and use of by-products. Applied Energy, 144, 73-95. (b) Lebranchu, A., Delaunay, S., Marchal, P., Blanchard, F., Pacaud, S., Fick, M., & Olmos, E. (2017). Impact of shear stress and impeller design on the production of biogas in anaerobic digesters. Bioresource technology, 245, 1139-1147. (c) S. Pinck, F.P.A. Jorand, M. Xu, M. Etienne, Protamine Promotes Direct Electron Transfer Between Shewanella oneidensis Cells and Carbon Nanomaterials in Bacterial Biocomposites, ChemElectroChem. (2019). doi:10.1002/celc.201801751. (d) T. Philippon, T. Flinois, E. Lebègue, N.L. Costa, F. Barrière, J. Rogińska, et al., Current trends for water treatment with microbial electrodes, in: S. Cosnier (Ed.), Bioelectrochemistry. Des. Appl. Biomater., De Gruyter, Berlin, Boston, 2019: pp. 259–282. doi:10.1515/9783110570526.