Thèse Valorisation Énergétique par Voie Plasma Non Thermique à Pression Atmosphérique de Milieux Liquides Pollués en Composés Organiques Volatils H/F - 45

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : GREMI - Groupe de Recherches sur l'Energie des Milieux Ionisés
Direction de la thèse : Maxime WARTEL ORCID 0000000185379395
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-10T23:59:59

Les enjeux environnementaux actuels tels que la pollution des milieux aquatiques et l'augmentation constante des besoins en énergie nécessitent le développement de solutions innovantes afin de répondre à ces défis majeurs que sont l'amélioration de l'efficacité de retraitement des eaux usées et la production de vecteurs énergétiques tout en limitant au maximum leurs empreintes carbones. Dans ce contexte général, une des voies possibles de développement est l'utilisation de procédés plasma non thermique. Les réacteurs plasmas ont déjà démontré leurs potentiels élevés pour générer des espèces oxydantes (O, OH, O3...), et leur applicabilité pour le traitement des polluants gazeux et liquides. Le laboratoire GREMI, spécialisé dans l'étude de procédés plasma et laser, procède à des activités de recherche avancées sur ces thématiques au sein de l'axe « Traitements et valorisation des effluents ». L'objectif principal de ces travaux de thèse est de mener une étude multicritère et exploratoire des potentialités de l'utilisation de sources plasmas non thermiques à pression atmosphérique pour le traitement d'effluents liquides à fortes teneurs en COV à des fins de valorisation énergétique. En effet, ces mélanges représentatifs d'eaux usées de sites industriels pour lesquels les quantités sont élevées (> à 1% volumique), sont de bons candidats à la valorisation énergétique du fait de leur forte teneur en carbone et en hydrogène et présentent un fort potentiel pour la production de gaz énergétiques. Il s'agira dans ces travaux, d'analyser les performances de production de gaz énergétiques et d'optimiser les proportions en CH4 et H2 tout en assurant une remédiation la plus efficiente possible de ces eaux polluées. Pour ce faire, ces travaux de thèse à forte dominante expérimentale porteront sur plusieurs axes :

1°) Une analyse de la composition du gaz en sortie de réacteur plasma selon plusieurs méthodes possibles à savoir par analyseur de gaz, par IRTF ou encore par GC/TCD-FID-MS. Ces mesures couplées à des caractérisations électriques des réacteurs plasmas permettront une analyse de l'efficience de la production de gaz énergétiques (en g/kWh). L'analyse pourra être faite sur plusieurs technologies de réacteur plasma disponibles au GREMI tels que les décharges d'arc glissant, les décharges pointe-pointe, les torches à plasma.... et ceci pour plusieurs conditions expérimentales (débit de gaz vecteur, nature du gaz vecteur, débit liquide, composition de mélange,...). L'objectif sera de définir les meilleures conditions opératoires pour la production de méthane et/ou hydrogène et de comparer les performances aux autres procédés déjà existants.

2°) Une analyse de la phase plasma par spectroscopie optique d'émission éventuellement couplée à l'IRTF. L'objectif de cette deuxième phase est de caractériser les paramètres plasma (inventaire des espèces réactives, mesure de températures, densités, ...) et de relier l'évolution de ceux-ci aux performances de production de gaz énergétiques afin d'identifier les mécanismes prépondérants à l'origine des conversions en méthane et hydrogène.

3°) Une analyse de la phase liquide après traitement plasma par spectrophotométrie couplée à la GC/MS voire HPLC. Il s'agit ici de compléter l'étude de performances par un inventaire / dosage du résiduel et des sous-produits restant dans la phase liquide après traitement, d'une part pour déterminer le taux de dégradation des polluants visés mais également pour évaluer l'écotoxicité des solutions résiduelles après traitement plasma.

Ce projet s'inscrit dans le contexte général de la remédiation de problèmes environnementaux avec un focus particulier sur la dépollution d'effluents liquides type eaux usées fortement chargées en composés organiques volatils ayant une fonction alcool ou cétone. Ces solvants, issus de procédés de lavage, sont présents dans les effluents industriels et posent le problème de leur retraitement du fait de leurs fortes quantités. Ceux-ci engendrent rapidement une pollution de l'air en plus d'une pollution des milieux aquatiques du fait de leur forte volatilité. L'objectif de ce travail est de tirer profit de la dégradation de ces polluants par voie plasma non thermique afin de générer un gaz avec la proportion la plus élevée possible en vecteurs énergétiques de type méthane et/ou hydrogène. Ce projet de recherche a donc pour ambition première de coupler la dégradation de polluants en phase liquide avec la valorisation énergétique des gaz issus de ce traitement par voie plasma.