LUE - Décryptage de l'activité électrochimique du biochar dans les bioprocédés/Elucidation of the electrochemical activity of biochar in bioprocesses

Mots clés

propriété de surface, électrochimie, bactérie, transfert d'électron extracellulaire, biofilm, biogaz

Détail de l'offre

Le projet de doctorat a pour ambition de clarifier la relation entre les propriétés du biochar, en particulier la conductivité et la réactivité électrochimique, l'écologie microbienne des biofilms se développant sur ce biochar et la production de biogaz dans les bioréacteurs enrichis avec ce biochar. En effet, il existe des rapports dans la littérature sur le rôle de l'amendement de biochar redox-actif/conducteur sur la production de biogaz dans les bioréacteurs anaérobies. L'une des limites de ces études réside dans la texture relativement complexe des matériaux particulaires qui ne permet pas d'effectuer des recherches fondamentales bien contrôlées dans le cadre d'une approche systématique.

Ce projet de doctorat propose d'initier l'étude en synthétisant des biochars bien définis à partir de sources de biomasse contrôlées (y compris des macromolécules de biomasse modèles) et dans des conditions de pyrolyse finement réglées (température, temps de séjour du solide, pression, etc.). Ces échantillons seront caractérisés avec une large gamme de techniques disponibles au LCPME, avant et après exposition à l'environnement anaérobie du méthaniseur de La Bouzule (ferme expérimentale de l'Université de Lorraine). Ces caractérisations incluent des techniques spécialisées telles que la microscopie électrochimique à balayage pour évaluer la réactivité électrochimique de surface qui est impliquée dans les interactions initiales avec les microbes.

Une sélection de biochar sera ensuite appliquée à la croissance de biofilms dans des conditions anaérobies imitant l'environnement d'un méthaniseur tel que celui de La Bouzule. L'ambition est ici d'obtenir une analyse taxonomique de la population microbienne, et d'étendre l'analyse à l'état transcriptionnel de la cellule, en analysant l'ARNm impliqué dans la production d'enzymes d'oxydoréduction.

La dernière étape expérimentale du projet impliquera des bioréacteurs anaérobies ensemencés avec du digestat issu du méthaniseur de La Bouzule, et alimentés avec une sélection de particules de biochar pour évaluer le rôle de cet amendement de biochar sur la production de biogaz, en particulier le ratio entre H2, CH4 et CO2. L'analyse des différents résultats et de la relation entre la production de biogaz, les propriétés du biochar et l'écologie microbienne sera effectuée à la fin du projet de doctorat.

Ce projet sera développé sous la direction de Mathieu ETIENNE (LCPME) et d'Emmanuel Guedon, (LRGP), en partenariat avec Anthony Dufour (LRGP) et Frédérique Changey (LCPME) et le groupe du Prof. Manuel Garcia-Perez de la Washington State University (WSU).

Le LCPME fournira des ressources pour la mesure électrochimique de la réactivité des surfaces et leur caractérisation, en utilisant une variété d'instruments de la plateforme de spectroscopie et de microscopie des interfaces, en particulier la microscopie à force atomique, la microscopie électrochimique à balayage, l'XPS et la spectrométrie Raman. Le LCPME fournira également des installations et une méthodologie pour l'analyse de l'écologie microbienne des biofilms (plate-forme de biologie moléculaire environnementale). Le LRGP fournira l'équipement et l'expertise nécessaires à l'élaboration de biochar de composition et de propriétés contrôlées et à l'analyse des gaz en ligne pour la détermination du rapport H2, CH4 et CO2, en collaboration avec la ferme expérimentale de La Bouzule. WSU apportera ses modèles moléculaires des structures du biochar et une compréhension approfondie des mécanismes biochimiques sur les surfaces du biochar.