Thèse Couplage de la Nanofiltration sur Fibres Creuses Nf avec un Bioréacteur à Membrane Anaérobie à Boues Granulaires G-Anmbr pour Améliorer la Récupération de Biomasse et l'Élimination des Conta H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : IEM - Institut Européen des Membranes
Direction de la thèse : Julie MENDRET ORCID 0000000319230415
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Cette thèse vise à étudier et à optimiser un procédé hybride innovant combinant une nanofiltration sur fibres creuses (NF) et un réacteur anaérobie à membrane à boues granulaires (G-AnMBR) pour le traitement des eaux usées. Le concept repose sur la synergie entre la biomasse granulaire, reconnue pour sa stabilité et ses capacités de transformation de la matière organique en biogaz, et une étape de nanofiltration permettant l'élimination renforcée des composés récalcitrants et des contaminants émergents.
Les travaux porteront tout d'abord sur l'analyse des mécanismes de colmatage des membranes de nanofiltration alimentées par l'effluent du G-AnMBR, en mettant en évidence l'influence des caractéristiques de la biomasse, des substances polymériques extracellulaires et de la matière organique soluble. L'efficacité du procédé couplé pour l'élimination des PFAS et de composés pharmaceutiques sera ensuite évaluée, en distinguant les mécanismes de rétention, d'adsorption et de dégradation au sein des deux unités de traitement.
Une attention particulière sera accordée à l'optimisation des conditions opératoires du système hybride afin de maximiser la production de biogaz, de limiter le colmatage des membranes et de réduire la consommation énergétique globale. L'impact des paramètres hydrodynamiques, des temps de séjour, de la charge organique et de la concentration en biomasse sera étudié de manière systématique.
Enfin, une validation expérimentale à l'échelle du laboratoire permettra de démontrer la faisabilité du procédé et d'identifier les verrous technologiques en vue d'une transposition à plus grande échelle pour le traitement avancé des eaux usées.

Le contexte scientifique s'inscrit dans la recherche de filières de traitement des eaux usées plus performantes et plus sobres en énergie, capables de répondre simultanément aux enjeux de rejet de micropolluants et de valorisation de la matière organique. Les procédés biologiques anaérobies à membrane présentent un fort potentiel pour la production de biogaz, mais restent limités pour l'élimination des composés récalcitrants et par les problématiques de colmatage. Le couplage avec une étape de nanofiltration sur fibres creuses constitue ainsi une approche récente et encore peu étudiée pour renforcer l'abattement des contaminants émergents tout en améliorant la robustesse globale des procédés hybrides.

Les objectifs de la thèse sont de comprendre les mécanismes de colmatage des membranes de nanofiltration alimentées par l'effluent d'un G-AnMBR, d'évaluer l'efficacité du procédé couplé pour l'élimination des contaminants émergents (PFAS et composés pharmaceutiques) et d'optimiser les conditions opératoires afin de maximiser la production de biogaz, de réduire le colmatage et de minimiser la consommation énergétique globale du système hybride, avec une validation expérimentale à l'échelle laboratoire.

La méthode reposera sur la mise en oeuvre expérimentale, à l'échelle laboratoire, d'un procédé hybride couplant un G-AnMBR et une unité de nanofiltration sur fibres creuses. Des campagnes d'essais paramétriques seront conduites afin d'analyser les mécanismes de colmatage, les performances d'élimination des PFAS et de composés pharmaceutiques et l'impact des conditions opératoires (charge organique, temps de séjour, conditions hydrodynamiques, pression transmembranaire). Les performances du procédé seront évaluées à partir de bilans matière, de mesures de production de biogaz et d'analyses physico-chimiques et membranaires, en vue d'identifier les conditions optimales de fonctionnement du système couplé.

**Texte proposé - Profil et compétences recherchées**

Le projet s'adresse à un(e) candidat(e) titulaire d'un master en génie des procédés, génie de l'environnement ou discipline équivalente, présentant un fort intérêt pour le traitement des eaux usées, les procédés membranaires et l'expérimentation en laboratoire. Des compétences en analyse de données, en conduite d'expériences et en interprétation critique des résultats sont attendues, ainsi qu'une capacité à travailler de manière autonome tout en s'intégrant dans un environnement de recherche collaboratif et international. Une motivation pour les thématiques liées au colmatage des membranes, aux bioréacteurs anaérobies et à l'élimination des micropolluants constituera un atout pour la réalisation du projet.