Rentrée 2021
PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Formulaire demande de financement : ARED - ISblue - ETABLISSEMENTS - …
pour dépôt sur le serveur https://theses.u-bretagneloire.fr/sml au format PDF NB : ce dossier ne vous dispense pas de déposer en parallèle votre dossier à la Région
Identification du projet
Acronyme du projet (8 caractères maximum) : HYTALG Intitulé du projet en langue française :
Production de biohythane à partir de coproduits du bioraffinage de macroalgues pélagiques brunes : application à Sargassum sp.
Mots-clés : hythane, méthanisation, fermentation noire, hydrogène, sargasses, macroalgues, bioraffinerie, bioénergie, déchets marins, biogaz
Intitulé du projet en langue anglaise :
Production of biohythane from co-products of biorefinery of pelagic brown macroalgae:
application to Sargassum sp.
Keywords: hythane, anaerobic digestion, methane, dark fermentation, hydrogen, sargassum sp., macroalgae, biorefinery, bioenergy, marine waste, biogas
Présentation de l’établissement porteur (bénéficiaire de l’aide régionale) Établissement porteur du projet : Université Bretagne Sud
Ecole Doctorale : EDSML ☐ SPI ☒ ou MATHSTIC ☐ pour les projets ISblue
Identification du responsable du projet (futur directeur de thèse) Nom du laboratoire d’accueil : IRDL - Institut de Recherche Dupuy de Lôme Code du laboratoire (U/UMR/USR/EA/JE/…) : UMR CNRS 6027
Directeur [1] du Laboratoire : Pierre-Yves Manach
Nom de l'équipe de recherche : Systèmes énergétiques et procédés thermiques Nombre HDR dans le laboratoire (données 2020) : 47
Nombre de thèses en cours : 101 Nombre de post-docs en cours : 19
Nom et prénom du directeur* de thèse (HDR), porteur du projet : Jean-Louis Lanoisellé - e-mail : jean-louis.lanoiselle@univ-ubs.fr
- Téléphone : 02 97 27 67 74
- Publications récentes du directeur de thèse
Total sur la carrière : 62 ACL, 7 OS, 5 Brevets, H-Index : 24, citations : 2149 (source google scholar)
Total sur les 5 dernières années (2016-2020) : 21
T.-H. NGUYEN, J.-L. LANOISELLE, T. ALLAF, K. ALLAF – Experimental and fundamental critical analysis of diffusion model of airflow drying – Drying Technology, 2016, 34(15), 1884-1899
J-H. EL ACHKAR, T. LENDORMI, D. SALAMEH, N. LOUKA, R.G. MAROUN, J.-L. LANOISELLE, Z. HOBAIKA – Influence of pretreatment conditions on lignocellulosic fractions and methane production from grape pomace – Bioresource Technology, 2018, 881-889
X. LIU, T. LENDORMI, J.-L. LANOISELLE – Overview of hygienization pretreatment for pasteurization and methane potential enhancement of biowaste: Challenges, state of the art and alternative technologies. Journal of Cleaner Production, 2019, 236, 117525
V. BOY, W. BEN KHALIFA, L. DREVILLON, Y. LEMEE, T. LENDORMI, J.-L. LANOISELLE – Air impingement and intermittent drying. Application to apple and to mango, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 07 July 2020, DOI: 10.1002/cjce.23839
X. LIU, V. BOY, T. LENDORMI, Y. LEMEE, J.-L. LANOISELLE – Valorization of common starfish (Asterias rubens) by air impingement drying and mesophilic anaerobic digestion: a preliminary study, Waste and Biomass Valorization, 2020, 1-13
- Expériences d’encadrement et co-encadrement de doctorants (passées et en cours) (nom des doctorants dirigés et en cours et antérieurement, sur les 6 années passées : sujet, financement, date de soutenance, et situation professionnelle actuelle si connue) Directions ou co-directions de 27 doctorants, 8 post-doctorants.
Thèses soutenues depuis 2015
Thu Ha NGUYEN, 60%, étude expérimentale et modélisation du procédé de séchage des végétaux, financement gouvernements vietnamien et français, soutenue le 12/06/2015, enseignante- chercheure à l’Université des Sciences et Technologies de Hanoi (Vietnam)
Mohamed Amr CHAAMA, 50%, Couplage de la méthanisation et des électrotechnologies : intensification de la production de biogaz et du séchage du digestat, financement : CDE 100%
(allocation du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche), soutenue le 10/10/2017, CDI Responsable commercial énergie & biogaz, EUREDEN
Jean el ACHKAR, 50%, Méthanisation de marc de raisin : caractérisation et optimisation du procédé et de prétraitements, Financement : Conseil de la Recherche de l’Université Saint Joseph (Beyrouth, Liban), Association Arcenciel (Beyrouth, Liban), Université Bretagne Sud (sur contrats industriels), Cotutelle avec l’Université Saint-Joseph de Beyrouth, Liban, soutenue le 30/05/2017, Enseignant- Chercheur Université Arabe de Beyrouth, Liban
Xiaojun LIU, 50%, hygiénisation de déchets alimentaires par technologie électrique, financement : ARED / CG56, soutenue le 5/12/2019, Maître de Conférences, Université de Technologie de Compiègne
Thèses en cours
Florent STRUYVEN, 15%, microfluidique diphasique et électrolyse alcaline de l'eau, financement : ARED / Univ Canterbury NZ, Co-tutelle internationale, soutenance prévue en 2021
Zeinab HAZIME, 50%, étude comparative des processus de séchage : combinaison de la texturation et de la décontamination microbienne par Détente Instantanée Contrôlée, financement : Banin Charity Association (Beyrouth, Liban), soutenance prévue en 2021
Tamara MOURDA, 40%, étude comparative des procédés de séchage : modélisation phénoménologique et intensification combinant Détente Instantanée Contrôlée et déshydratation intermittente, financement : Société Libanaise de Production de Poisson, Beyrouth, Liban, soutenance prévue en 2021
Marie-Noël MANSOUR, 40%, méthanisation des fumiers de volailles : rôle des prétraitements et de la conduite des bioréacteurs sur l'acclimatation des communautés bactériennes, financement : ARED / Université Saint-Joseph de Beyrouth (Liban), Co-tutelle internationale, soutenance prévue en 2022
Maël LE MARRE, 30%, évaluation du petit turbinage en Bretagne. Proposition de passage de pompes à bas coûts en turbines à forts coûts, financement : Inter Reg EERES4WATER, soutenance prévue en 2022
Jeanne LE LOEUFF, 40%, intensification par champs électriques pulsés de la lyophilisation et du séchage convectif des macroalgues en vue de leur bioraffinage, financement : CDE / Pontivy Communauté, soutenance prévue en 2023
Jihane SAAD, 40%, réduction du risque sanitaire en méthanisation agricole : impact des traitements thermiques et électriques pulsés sur les bactéries sporulantes ou non, financement : ARED GIS APIVALE / ANSES / ADEME GRAINE, soutenance prévue en 2023
Co-directeur de thèse (HDR ou équivalent étranger) éventuel : Nathalie Bourgougnon Laboratoire de recherche : (LBCM – Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines – UR 3884
- e-mail : nathalie.bourgougnon@univ-ubs.fr - Téléphone : 06 75 70 70 92
Production scientifique
Total sur la carrière : environ 100 ACL, 16 OS, 2 brevets, H-Index : 38, citations : 3742 (source google scholar)
Total sur les 5 dernières années (2016-2020) : 33 publications de rang international et 9 chapitres de livre
A.S. BURLOT, G. BEDOUX, N. BOURGOUGNON – Response Surface Methodology for Enzyme- Assisted Extraction of Water-Soluble Antiviral Compounds from the Proliferative Macroalga Solieria chordalis – Enzyme Engineering, 2016, 5:2
R. BOULHO, C. MARTY, Y. FREILE-PELEGRÍN, D. ROBLEDO, N. BOURGOUGNON, G. BEDOUX – Antiherpetic (HSV-1) activity of carrageenans from the red seaweed Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales) extracted by microwave-assisted extraction (MAE) – Journal of Applied Phycology, 2017, 1-10
A. PEÑUELA, D. ROBLEDO, N. BOURGOUGNON, G. BEDOUX, E. HERNANDEZ, Y. FREILE- PELEGRÍN – Environmentally Friendly Valorization of Solieria filiformis Gigartinales, Rhodophyta) from IMTA using a Biorefinery Concept – Marine drugs, 2018, 16, 487-497
M. FOURNIÈRE, MATHILDE, T. LATIRE, M. LANG, N. TERME, N. BOURGOUGNON, G. BEDOUX – Production of Active Poly- and Oligosaccharidic Fractions from Ulva sp. by Combining Enzyme- Assisted Extraction (EAE) and Depolymerization – Metabolites , 2019, 9, 182-205
R.P. MAGDUGO, N. TERME, M. LANG, H. PLIEGO-CORTÉS, C. MARTY, A.Q. HURTADO, G.
BEDOUX G., N. BOURGOUGNON – An Analysis of the Nutritional and Health Values of Caulerpa racemosa (Forsskål) and Ulva fasciata (Delile)—two Chlorophyta collected from the Philippines – Molecules, 2020, 25, 2901
Directions ou co-directions de 23 doctorants, 4 post-doctorants.
Thèses soutenues depuis 2015
Ludovic TRIPOTEAU, 50%, valorisation des coproduits de l'holothurie Cucumaria frondosa par l'étude d'extraits bioactifs et approche écotoxicologique des métabolites secondaires relargués en situation de stress, financement : FIA Canadian, soutenue en 2015, ingénieur technico-commercial STARLAB
Kévin HARDOUIN, 100%, production d’extraits aqueux à partir d’Ulva sp., au moyen de procédés d’hydrolyse enzymatique : caractérisation, valorisation et perspectives de développement, financement : CIFRE Société OLMIX, soutenue en 2015, post-doctorat à la station biologique de Roscoff (2 ans ½) et actuellement ingénieur au LBCM
Anne-Sophie BURLOT, 100%, étude de la macroalgue rouge Solieria chordalis : aspects écophysiologiques, production d’extraits et perspectives d’applications, financement : FUI VB2, soutenue en 2016, créatrice de l’entreprise Térang'Algue (Sénégal) et actuellement en poste CDI chez OLMIX
Maya PUSPITA, 50%, Enzyme Assisted Extraction of phlorotannins from Sargassum species (Phaeophyceae, Fucales) and biological activities, Financement indonésien, soutenue en 2017, directrice scientifique au sein d’ARLI (Asosiasi Rumput Laut Indonesia)
Romain BOULHO, 50%, application de procédés écoresponsables pour l’extraction de molécules de la macroalgue Solieria chordalis, caractérisations chimiques et étude d'activités biologiques, financement ARED / CD 56, soutenue en 2017, CDD Sanofi Paris en 2017 puis CDI Gilson Inc. R&D Rexie P. MAGDUGO, 50%, marine seaweeds with ecological and economic importance in the Philippines: Valorization of 4 species: Caulerpa sp., Ulva sp. Sargassum spp., and Halymenia spp., financement CHED-PhilFrance Scholarships, 2020, enseignant-chercheur Biology Department, Caraga State University, Ampayon, Indonésie
Shareen Nazreen Banu A Abdul, 50%, active substances from Halymenia floresii (Clemente) C.
Agardh used as antifouling products in aquaculture, financement CDE, soutenue en 2020, en recherche de post-doctorat
Thèses en cours
Mathilde FOURNIERE (2018 - mars 2021), 10%, étude des propriétés biologiques d’extraits ou de molécules de deux macroalgues Ulva sp. et Solieria chordalis sur le métabolisme de cellules cutanées et sur le microbiome cutané, financement : département des Côtes d’Armor et Université Catholique de l’’Ouest (UCO), soutenance prévue en 2021
Manon CHOULOT, 30%, Approche respectueuse de l'environnement pour la biorestauration des sols contaminés et la production de biostimulants : contribution potentielle des algues marines côtières européennes à l'amélioration de l'environnement, financement : Roullier et NCN National Science Centre (Pologne), soutenance prévue en 2023
Sauvann PAULINO, 50%, compréhension des interactions entre macroalgues proliférantes et leurs communautés bactériennes dans un contexte de réchauffement climatique, financement ARED / CDE, soutenance prévue en 2023
Et co-encadrant-e scientifique : Thomas Lendormi
Laboratoire de recherche co-encadrant IRDL - UMR CNRS 6027 - e-mail : thomas.lendormi@univ-ubs.fr
- Téléphone : 02 97 27 67 72
- Expériences d’encadrement et co-encadrement de doctorants (passées et en cours) (nom des doctorants dirigés et en cours et antérieurement, sur les 6 années passées : sujet, financement, date de soutenance, et situation professionnelle actuelle si connue)
Directions ou co-directions de 8 doctorants, 1 post-doctorant.
Thèses soutenues depuis 2015
Mohamed Amr CHAAMA, 50%, Couplage de la méthanisation et des électrotechnologies : intensification de la production de biogaz et du séchage du digestat, financement : CDE 100%
(allocation du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche), soutenue le 10/10/2017, CDI Responsable commercial énergie & biogaz, EUREDEN
Jean el ACHKAR, 50%, Méthanisation de marc de raisin : caractérisation et optimisation du procédé et de prétraitements, Financement : Conseil de la Recherche de l’Université Saint Joseph (Beyrouth, Liban), Association Arcenciel (Beyrouth, Liban), Université Bretagne Sud (sur contrats industriels), Cotutelle avec l’Université Saint-Joseph de Beyrouth, Liban, soutenue le 30/05/2017, Enseignant- Chercheur Université Arabe de Beyrouth, Liban
Arwa ABOU DALLE, 30%, Pré-traitement par procédé électrochimique d’oxydation avancée, l’électro-Fenton, couplé à un traitement biologique pour l’élimination de composés récalcitrants, financement : bourse Azm et Saade, Liban, Cotutelle avec l’Université libanaise de Tripoli, soutenue le 10/10/2017, ATER IUT de Saint-Brieuc
Xiaojun LIU, 50%, hygiénisation de déchets alimentaires par technologie électrique, financement : ARED / CD56, soutenue le 5/12/2019, Maître de Conférences, Université de Technologie de Compiègne
Thèses en cours
Marie-Noël MANSOUR, 30%, méthanisation des fumiers de volailles : rôle des prétraitements et de la conduite des bioréacteurs sur l'acclimatation des communautés bactériennes, financement : ARED / Université Saint-Joseph de Beyrouth (Liban), Co-tutelle internationale, soutenance prévue en 2022
Jihane SAAD, 30%, réduction du risque sanitaire en méthanisation agricole : impact des traitements thermiques et électriques pulsés sur les bactéries sporulantes ou non, financement : ARED GIS APIVALE / ANSES / ADEME GRAINE, soutenance prévue en 2023
Le cas échéant, autres collaborations (co-encadrant et laboratoire concerné) : Doctorants étrangers accueillis/invités à l’IRDL
Ikbel SOULI (7 mois en 2016 & 2018), doctorat de l’Institut National Agronomique de Tunisie (INAT, Tunisie), valorisation technologiques et biotechnologiques des variétés tunisiennes des dattes en se basant sur les molécules bioactives
Aida DERMOUCHI (4 mois en 2016), doctorat de l’Université de Constantine 3 (Algérie), traitement d’huile de coupe par électrocoagulation et traitements biologiques
Karima DAHMANI (11 mois en 2019 & 2020), doctorante de l’Université des sciences et de la technologie Houari Boumediene (Algérie), extraction de molécules actives de fenouils par différents procédés en vue de leurs applications
Doctorants étrangers accueillis/invités au LBCM
SALMA TRABELSI REKIK (4 mois en 2015), doctorante de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Tunisie), nutritional evaluation of enzymatic extracts from invasive Tunisian green Seaweeds H. PLIEGO CORTES (4 mois en 2015), doctorant du CINVESTAV (Mexique) dans le cadre du programme ECOS Nord, up grading of macroalgae by combining innovative biotechnologies and process for human health
Nur Azmi Ratna SETIAWIDATI (2 mois en 2016), doctorante au LEMAR-IUEM (France), marine seaweeds with ecological and economical potential in Indonesia: spatio-temporal analysis, valorization, and aquaculture
Salma TRABELSI REKIK (8 mois en 2016), doctorante Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Tunisie), nutritional evaluation of enzymatic extracts from invasive Tunisian green Seaweeds RhesiI KRISTIAN (6 mois en 2017), programme de mobilité ERASMUS+, determination of bioactive compounds of bioactive componds from bacteria associated of marine Bryozoans against multidrug- resistant (MDR) bacteria
Meezan Ardhanu ASAGABALDAN (6 mois en 2017), Programme de mobilité ERASMUS+
(Indonésie), anti-MRSA (Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus) potential of bacterial symbionts of nudibranchs from Indonesia
Ana Carolina PEÑUELA MENDOZA (3 mois en 2018), doctorante du CINVESTAV (Mexique), dans le cadre du projet ECOS Nord,
Financement du projet de thèse
En cas de financement à 50 %, le cofinancement est-il déjà identifié (oui/non) : OUI Si oui, préciser la nature du cofinancement (ANR, partenaire privé, Ademe, etc.) : ADEME ANR Save-C, Study of holopelagic SArgassum responsible of massive beachings:
Valorization & Ecology on Caribbean coasts (Etude des sargasses pélagiques : valorisation et suivi écologique et physiologique sur les côtes caribéennes), ANR-ADEME, mai 2019-oct.
2023, UBO-LEMAR (FR), UA-BOREA (FR), IRD-MOI (FR), ALGAIA (FR), CIRAD (FR), EFINOR (FR), L3MA(FR), UBS-LBCM (FR), CINVESTAV (MEX), UCaen-BOREA (FR), The Marine Box (FR), IFREMER-BIODIVENV (FR), University of the West Indies (JAM).
Le projet Save-C est piloté par Valérie Stiger de l’UBO-LEMAR. Jean-Louis Lanoisellé et Nathalie Bourgougnon sont respectivement co-responsables des WP4. « Collection &
stabilization of Sargassum raw material » et WP5 « Eco-friendly extraction processes and valorization of biomass ». L’IRDL et le LBCM sont financés par l’ADEME.
Sollicitez-vous un co-financement Is-Blue (y compris ARED Is-Blue) (oui/non) ? OUI Important : Veillez à bien compléter les différents co financements sollicités sur le serveur Thèses en Bretagne Loire lors du dépôt de votre dossier.
Projet de thèse en cotutelle internationale
S’agit-il d’un projet de thèse en cotutelle internationale dans le cadre d’une convention (oui/non) : NON
Ce projet de thèse fera-t-il l'objet d'un cofinancement international (oui/non) : NON
Présentation du projet (en langue française ou anglaise, 2 à 3 pages) merci de respecter ce format maxi compatible avec extranet région Résumé du projet (3596 / 4000 caractères maxi espaces compris) :
Productrices de biogaz, de bio-adsorbant, de biostimulant ou encore utilisées comme engrais pour les sols, le succès de l'exploitation des macroalgues marines dépend de leurs caractéristiques physico-chimiques et de l'approche utilisée pour séparer leurs composants actifs spécifiques.
Sargassum muticum est une macroalgue envahissante sur les Côtes ouest américaines.
Elle est également présente en Europe, en particulier, en Bretagne et en Normandie.
Son éradication par des techniques conventionnelles, par exemple à la main, au chalut ou à la coupe, a été infructueuse. Depuis 2011, des échouages importants de S. natans et de S. fluitans, pélagiques sont observés dans tout le bassin caribéen, sur les côtes de la Guyane, du Brésil, du golfe du Mexique et de l’Afrique de l’Ouest. Les immenses quantités échouées, estimées entre 20 000 à 40 000 tonnes de matière sèche par an pour le seul littoral guadeloupéen, ont un impact environnemental, économique et sociétal majeur sur les écosystèmes et les populations humaines des zones concernées. Les sargasses peuvent être de bons candidats à un schéma original de bioraffinage pour une valorisation complète de l'espèce. Cependant, bien que les sargasses présentent un potentiel considérable en tant que source de produits biochimiques, d'aliments pour animaux, de denrées alimentaires, d'engrais, et de carburant, leur composition variable et indéfinie ainsi que la présence éventuelle de polluants marins peuvent rendre cette biomasse impropre à leur utilisation. Dans le cadre du projet ANR/ADEME Save-C, l’IRDL et le LBCM collaborent dans le but d’optimiser la stabilisation des sargasses par séchage et les procédés éco-responsables d’extraction et valorisation de la biomasse. Dans une stratégie globale de bioéconomie et d’économie circulaire, il reste nécessaire de valoriser les sous-produits de cette
bioraffinerie. La production de bioénergie est une voie préférentielle. Le projet HYDALG s’attache ainsi à explorer la production de biohythane (mélange hydrogène et méthane) à partir des sargasses.
Dans un premier temps, HYTALG vise à caractériser la matière fermentescible des sargasses (d’origine caribéenne, normande ou bretonne) en fonction de leur origine et du stade de leur bioraffinage. L’impact des procédés utilisés dans ce bioraffinage sera ensuite quantifié et modélisé en terme de quantités de dihydrogène produit par fermentation noire et de méthane produit par digestion anaérobie. Une attention particulière sera portée aux opérations de prétraitement susceptibles d’impacter fortement la production de biogaz : lavage, broyage, hydrolyses acides ou basiques, traitements thermiques ou enzymatiques. Les procédés éco-responsables émergents d’extraction (micro-ondes, champs électriques pulsés, CO2 supercritique) seront également évalués. Les rendements obtenus seront corrélés à la composition des sargasses tout au long des opérations significatives de déconstruction des macromolécules et d’extraction des molécules d’intérêt. Fermentation noire et digestion anaérobie seront ensuite couplés dans un procédé de production de biohythane pour une production d’énergie renouvelable décarbonée (avec une orientation préférentielle vers H2 plutôt que CH4 avec retour au sol du carbone, de l’azote et des minéraux via les résidus solides). Pour cela, la matière première sera mise en œuvre dans des réacteurs anaérobies, couplés, à l’échelle du laboratoire. En perspective, l’intérêt théorique de l’utilisation de co-substrats issus d’autres filières marines sera également abordé d’un point de vue économique.
Présentation détaillée du projet :
1 - Hypothèse et questions posées, état de l’art, identification des points de blocages scientifiques (3997 / 4000 caractères maxi espaces compris)
Depuis 2011, les Caraïbes souffrent de manière récurrente d’échouages massifs d'espèces de macroalgues pélagiques du genre Sargassum. Ils constituent des déchets encombrants souvent coûteux et difficiles à gérer pénalisant les secteurs du tourisme et de la pêche. Ils ont également des impacts sanitaires liés aux dégagements d’odeurs nauséabondes et d’émissions d’hydrogène sulfuré. Le compostage, semble aujourd’hui la seule filière existante aux Antilles françaises. Cette filière permet de fertiliser les sols (Thompson et al., 2020) mais souffre d’inconvénients environnementaux indéniables (reviewés par Milledge et al., 2020).
Dans le cadre du projet ANR/ADEME Save-C (Étude des sargasses pélagiques : valorisation et suivi écologique et physiologique sur les côtes caribéennes, 2019-2023), l’IRDL et le LBCM collaborent dans le but d’optimiser des procédés éco-responsables de bioraffinage des algues. Cette approche s’appuie sur des pré-traitements mécaniques tels que le lavage et la réduction de la taille, de pré-traitement thermiques, chimiques et biologiques (Florez-Fernandez et al., 2021). Ainsi, la thèse de Jeanne Le Loeuff (2019-2022), co-encadrée par les deux laboratoires, porte sur l’opération primordiale de séchage et sur son impact global sur le bioraffinage.
La production de bioénergie à partir de ressources marines est aujourd’hui étudiée pour suppléer les productions utilisant des biomasses terrestres en raison des diminutions des gisements de ces dernières et de leur besoins hydriques (Tabassum et al., 2017).
Un bioraffinage complet des sargasses, inhérent à une approche d’économie circulaire, se doit de comporter des étapes ultimes de valorisation des coproduits et les voies énergétiques sont incontournables.
La valorisation énergétique de biomasse algales sous forme de bio-hydrogène ou de bio- méthane a été étudiée dans la littérature rapportant des potentiels bio-hydrogène (BHP) et biométhane (BMP) très variables (Yin and Wang 2019, Jung et al., 2011, Ben Yahmed et al., 2017, Oliveira et al., 2014). Cette variabilité dépend essentiellement du type d’algue traitée (espèce, stade de croissance, conditions environnementales et climatique, prétraitements réalisés), et donc de sa composition (alginates, (hémi)celluloses, protéines, lipides, polyphénols) (Thompson et al., 2020) ainsi que du protocole utilisé pour déterminer le BHP et le BMP (inoculum, température, pH…). Les rendements peuvent être augmentés par ajout d’une source d’azotée et de procédés pour dessaler les algues à forte teneur en sel (Tabassum et al., 2017).
Tandis que les étapes de lavage, broyage et séchage vont entrainer une diminution des concentrations en sels (potentiellement inhibiteurs) et en osmolytes, les étapes suivantes de pressage, d’hydrolyse et de filtration vont entrainer l’extraction des polysaccharides, alginates, fucoïdanes (biodégradables et fermentescibles) et polyphénols / phlorotannins (antioxydants et antibactériens). Les différents prétraitements et leurs combinaisons inhérents au bioraffinage induisent des modifications de la matière favorables à sa transformation par voie biologique (Barbot et al., 2016, Maneein et al., 2018).
S’appuyant sur les verrous de la production de biohythane à partir de déchets (Shanmugam et al., 2020), le projet HYTALG vise à caractériser la matière fermentescible des sargasses (d’origine caribéenne, normande ou bretonne) en fonction du stade de bioraffinage et de déterminer les BHP et BMP en vue de la mise en place d’une filière d’une valorisation complète avec production d’énergie renouvelable décarbonée (orientation préférentielle vers H2 plutôt que CH4 avec retour au sol du carbone, de l’azote et des minéraux). La matière sera mise en œuvre dans des réacteurs aérobies et anaérobies, couplés, à l’échelle du laboratoire. L’intérêt théorique de l’utilisation de co-substrats (Anjaneyulu et al., 1989, Milledge et al., 2020) issus d’autres filières marines sera également abordé d’un point de vue économique.
2 - Approche méthodologique et techniques envisagées : (3970 / 4000 caractères maxi espaces compris)
L’approche méthodologique s’appuie sur la caractérisation fine de la matière première algale et sur l’étude systémique des procédés de production de biohydrogène et de biométhane.
Trois espèces de sargasses seront collectées auprès des différents partenaires du projet Save-C. Les approvisionnements réguliers en matière fraîche, sèches ou congelés des Caraïbes, Normandie et Bretagne sont ainsi assurés.
Le schéma de référence du bioraffinage sera également celui retenu dans le cadre de Save-C. Les analyses biochimiques seront réalisées en utilisant les protocoles du LBCM. Les différents prétraitements envisagés sont maîtrisés par les deux laboratoires : traitement thermique, broyage, séchage, hydrolyses alcaline et acide, champs électriques pulsés, détente instantanée contrôlée pour l’IRDL ; dessalage, extraction des protéines et des polysaccharides, ultrasons et extraction enzymatique par le LBCM.
L’IRDL sera en charge de la mise en œuvre des bioréacteurs de 250 mL à 100 L.
La thèse sera décomposée en cinq tâches principales :
1) Une caractérisation systématique de la matière fermentescible et méthanisable en fonction du stade de bioraffinage (brute, dessalage, séchage, après extraction de différentes molécules et selon différents procédés, après stockage…) sera mise en œuvre. Des analyses de salinité, matière organique, matière sèche, demande chimique en oxygène, sucres totaux, celluloses, hémicellulose, polyphénols et de biodégradabilité seront réalisées. La disponibilité de la matière fermentescible sera évaluée par des analyses de Van Soest. L’approvisionnement sera commun avec la thèse de Le Loeuff (2020-2023) et s’appuiera plus particulièrement sur notre partenariat avec l’Université des Antilles (Point-à-Pitre) et les sociétés Efinor Sea Cleaner (La Hague, Manche) et Algaïa (Lannilis, Finistère). La matière première sera soumise à des procédés de déconstructions développés par les deux laboratoires au cours de thèses récentes (Hardouin 2015, Boulho 2017, Chamaa 2017, Liu 2020, Mourda (2018-))
2) Le BHP par fermentation noire des matières premières en fonction du stade de bioraffinage sera réalisé en réacteurs batch à partir de matériels disponibles à Pontivy et suivant des préconisations récentes (Carrillo-Reyes et al., 2020) en vue de garantir la fiabilité des résultats. L’IRDL dispose à cette fin de deux bancs d’essais de 15 réacteurs de 250 mL et d’un banc d’essais de 10 réacteurs de 2 L. Les influences de la teneur en sels, de la nature de l’inoculum et de la concentration en polyphénols seront plus particulièrement étudiées. Les productions de méthane seront modélisées (Costa et al., 2015) et des corrélations statistiques entre les paramètres du modèle et la composition de la matière première seront établies.
3) Le BMP sera ensuite étudié en réacteurs batch suivant des protocoles standardisés et maîtrisés par les équipes impliquées dans le projet au regard des analyses réalisées précédemment. La même approche expérimentale et de modélisation que pour la BHP sera faite.
4) Le couplage des deux procédés de production d’hydrogène et de méthane sera ensuite réalisé et opéré en réacteurs continus de laboratoires (2 L, 12 L et 100 L). Les temps de séjour des différentes étapes, de la charge organique des conditions environnementales (pH, température, inoculum) les plus prometteurs pour une valorisation énergétique efficace seront identifiés. La conduite d’un pilote de 100 L est une difficulté majeure de la thèse et n’est pas décrite dans la littérature scientifique.
5) Enfin la co-digestion en réacteurs continus de sargasses avec d’autres biomasses marines pourra être envisagé en vue de l’évaluation de l’applicabilité et de la rentabilité
industrielle. Cette approche utilisera les performances établies sur le procédé continu en réacteur de 100 L. Une étude technico-économique simplifiée permettra de comparer différents schémas de valorisation énergétique des sous-produits du raffinage des sargasses.
3 - Positionnement et environnement scientifique dans le contexte régional, national et international : (3930 / 4000 caractères maxi espaces compris)
Le projet HYTALG se situe dans le cadre du projet ANR/ADEME Save-C, lauréat de l’appel d’offres Sargassum conjoint à l’ANR, à l’ADEME, aux collectivités territoriales de Guadeloupe, Martinique et Guyane et au Brésil. Save-C compte 9 partenaires académiques et 5 partenaires industriels répartis sur différentes régions de France métropolitaine et d’Outre-mer (Bretagne, Normandie, PACA, Martinique, Guadeloupe) et deux pays étrangers (Mexique et Barbade). La production de biohythane à partir de macroalgues brunes est actuellement étudiée par une collaboration de chercheurs chinois, irlandais et américains. À notre connaissance, seule une équipe portugaise a travaillé sur la production de biohythane à partir de Sargassum sp. (Costa et al., 2015).
Dans le domaine de la méthanisation, l’IRDL collabore avec des partenaires méditerranéens d’Algérie, de Tunisie et du Liban. L’équipe souhaite répondre aux attentes de sa tutelle CNRS en matière de Sciences Pour l’Ingénieur appliquées au secteur maritime et orientée une partie de ses travaux vers le biohydrogène. En parallèle, dans le domaine du séchage, la Dr Virginie Boy développe une collaboration depuis 4 années avec l’ENIM (Tunisie) en accueillant des stagiaires de M2. Dans ce cadre, une mobilité internationale entrante 2020-2021 a été accordée par ISblue.
L’activité « méthanisation » de l’IRDL s’est développée dans un contexte porteur national (par exemple, les appels à projets nationaux pour 1500 méthaniseurs, les plans biogaz successifs Bretagne - Pays de la Loire ou encore accompagnant la loi de 2017 favorisant les énergies renouvelables).
Différentes collaborations scientifiques ont été mises en œuvre par le laboratoire au niveau régional dans le cadre du CPER APIVALE et du CPER IAA-High-Tech Usine du futur.
Ces CPER ont permis l’acquisition de pilote (méthaniseur 100 L, générateurs de champs électriques pulsés) et d’outils analytiques (analyseurs de gaz) qui seront mis en œuvre dans le cadre d’HYTALG. D’autres collaborations existent sur ces thématiques avec la Chambre régionale d’agriculture de Bretagne, l’association AILE au niveau local et avec INSA de Toulouse (LISPB) et INRA de Narbonne (LBE).
Le projet HYTALG est en cohérence avec la Breizh COP et plus particulièrement le volet
« Déploiement de l’hydrogène renouvelable : feuille de route bretonne 2030 ». Parmi les projets attendus, on trouve ceux qui s’appuient sur les compétences bretonnes en énergies marines et méthanisation. La stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné en France (plan de Relance, septembre 2020) identifie le potentiel de décarbonation lié à la filière hydrogène comme significatif dans le secteur phare breton des IAA. Plus généralement, le biohythane, injectable et stockable dans le réseau de distribution de gaz naturel, peut également contribuer à la facilitation du déploiement des énergies renouvelables en améliorant la stabilité des réseaux
énergétiques. L’hythane est également considéré comme une première étape de déploiement de l’hydrogène dans les transports (l’Association Française de l’Hydrogène, 2021). Actuellement, aucune filière de biohythane n’a été mise en place aux Antilles françaises.
Au niveau international, les sargasses sont valorisées dans différents secteurs : comme les bioplastiques (Punta Cana France hexagonale), comme biostimulant ou comme biomatériaux (ADEME, 2019). Dans le secteur de l’énergie, la production de méthane par digestion anaérobie a été expérimentée sur les sargasses mais les rendements restent assez faibles. Plusieurs technologies de conversions énergétiques ont été étudiées ces dernières années avec les sargasses. Des schémas prometteurs de bioraffinerie ont été proposés mais pas à échelle industrielle (Florez-Fernandez et al., 2020).
Pour les procédés verts d’éco-extraction, JL Lanoisellé collabore avec l’équipe du Pr Chemat dans le cadre de l’EUR IMPLANTEUS (2020-2030).
4 - Contexte scientifique et partenarial : éléments généraux (ERC, CPER, FEDER, Breizhcop …) (3938 / 4000 caractères maxi espaces compris)
Partenaire d’ISblue, l’IRDL, structuré en 4 équipes (PTR), s’intéresse au cycle de vie des matériaux. Au sein du Pôle de Recherche Thématique « systèmes énergétiques et procédés thermiques », les chercheurs du site de Pontivy, spécialisés en procédés agro- industriels et environnementaux sont regroupés avec les thermiciens du laboratoire. Les activités en génie des bioprocédés du site de Pontivy ont trait aux procédés de congélation et de séchage, à la méthanisation et aux bioréacteurs, à l’extraction solide/liquide et aux émulsions. Le site dispose également de nombreux outils analytiques en physico-chimie, biochimie et microbiologie. Les activités du site sont réalisées en synergie avec la PlateForme Technologique Prodiabio. Les activités du site de Pontivy s’orientent récemment vers la mer pour répondre à la stratégie de l’IRDL, fixé par le CNRS.
Le LBCM, présente une expertise dans le domaine des biofilms et des biotechnologies marines reconnue au niveau national et international (https://www-lbcm.univ- ubs.fr/fr/index.html). Par ailleurs, l’équipe vannetaise est la seule à développer des procédés innovants et respectueux de l'environnement pour l’extraction et la caractérisation en chimie analytique de molécules de défense extraites des algues marines et plus récemment une expertise en métabolomique. Elle bénéficie d'une bonne reconnaissance dans ce domaine. En collaboration avec différents partenaires industriels (Gilson Inc., Newonat) et académiques (Wurst University Pologne, CINVESTAV, Mexique), le LBCM a développé, en effet, différents procédés d'extraction (CO2 supercritique, champs électriques pulsés, extraction assistée par ultrasons).
Les deux laboratoires sont membres de l’Institut AgriFood Transition. Cet institut affiche ainsi une offre d’innovation dans les domaines des macroalgues, des biotechnologies et chimies marines et des bioprocédés.
Les deux équipes bénéficient des CPER récents et en cours d’évaluation.
2015-2020 CPER APIVALE : approche intégrée de la valorisation des effluents organiques (INRA, IRSTEA, ANSES, UBS), Montant UBS-Pontivy 125 k€ (pilote de méthanisation, analyseur de biogaz, générateur de champs électriques pulsé). Le CPER a conduit à la création d’un Groupement d’Intérêt scientifique. Il a organisé en 2019 un colloque « Les produits résiduaires organiques : ingrédients clés de la bioéconomie circulaire ? » qui a regroupé 90 participants.
2015-2020 CPER IAA-High-Tech Usine du Futur IRSTEA – UBS, Montant UBS 160 k€, pour l’UBS - Site de Pontivy : acquisition d’un pilote de détente instantanée contrôlée (DIC) pour la déconstruction de la biomasse.
Dans le cadre du CPER 2021-2027, le LBCM et l’IRDL sont associés au sein de la plateforme de compétences EXALTER (éco-procédés d’EXtraction, de fractionnement, de purification, de stabilisation et caractérisation de bioALTERnatives) inhérent au métaprojet BIOALTERNATIVE (alternatives naturelles pour répondre aux défis sociétaux en agri-agro, santé et environnement) porté par l’Alliance Universitaire de Bretagne. Les demandes des deux laboratoires concernent un générateur de plasma froid, une étuve de séchage sous-vide couplée à un générateur micro-ondes et un système d'extraction au CO2 supercritique.
Le projet HYTALG s’intègre naturellement dans les objectifs des domaines d’innovation de la Stratégie régionale et d’innovation - S3 bretonne – Smart Specialisation Strategy – 2021-2027 en cohérence avec les 6 engagements prioritaires de la Breizh COP et les domaines d’innovation stratégiques breton (DIS) :
• Économie maritime pour une croissance bleue et ses volets « développer les biotechnologies et bioressources et marines » et « renforcer l’excellence régionale pour une transition énergétique pour et grâce au monde de la mer » (DIS 1.3 et DIS 1.1).
• Économie de l’industrie pour une production intelligente et son volet « énergies » à rapprocher du DIS 5.2 « développer une industrie des transitions ».
Vous sollicitez un financement ISblue, ou une ARED ISblue : Précisez le lien du sujet avec les thèmes ISblue
Thème ISblue Thème
principal Thème secondaire
(si nécessaire)
Autre
(si nécessaire)
la régulation du climat par l'océan
X**
les interactions entre la Terre et l'océan
la durabilité des systèmes côtiers
l'océan vivant et les services écosystémiques
X*
les systèmes d'observation à long terme
* : développement de biotechnologies marines en vue de produire de la biomasse de manière durable et renouvelable afin de faire face à une demande croissante (ex. sources de protéines, bioremédiation, nouveaux procédés industriels…) en exploitant les organismes marins et l’écologie chimique
** : efficacité énergétique des navires (volant hydrogène du projet HYTALG pour la production d’énergie propre) dans laquelle s’inscrivent les activités de l’IRDL
Expliquez/précisez en quelques lignes dans quelle mesure votre demande correspond à l’un ou plusieurs des critères ISblue ci-dessous :
Le projet s’inscrit donc dans le thème « l'océan vivant et les services écosystémiques » d’ISblue et plus spécifiquement dans le sous-thème « Biotechnologies » (valorisation de la biomasse, procédés industriels nouveaux). Fermentation noire et digestion anaérobie conduisent également à la production de CO2. Dihydrogène et dioxyde de carbone peuvent être combinés pour produire des molécules chimiques plateformes comme le méthanol ou le propylène.
Dans une moindre mesure, la production d’hydrogène à partir de biomasse peut intéresser le thème « la régulation du climat par l’océan » sous les aspects de l’efficacité énergétique des navires.
1- Originalité, impact potentiel du projet (4 lignes maxi)
Le projet HYTALG est pionnier dans la production combinée de méthane et d’hydrogène à partir de biomasses marines envahissantes. Il apportera des éléments concrets pour envisager la bioraffinerie des sargasses pour la production de bioénergie avec un transfert efficace de carbone et d’azote de la mer vers la terre via le résidu solide de fermentation.
2- Positionnement international du sujet, cotutelle ou co-encadrement international (4 lignes maxi)
Le doctorant sera amené à réaliser une mobilité au Mexique. D. Robledo (CINVESTAV) y a développé l’application « SargaZoom » pour localiser les gisements de sargasses au niveau mondial. A cette occasion, le procédé de production d’hythane sera expérimenté sur les sargasses mexicaines. Le doctorant sera impliqué dans le projet Save-C.
3- Effet intégrateur entre unités de recherche et / ou interdisciplinarités (4 lignes maxi)
Les deux laboratoires collaborent depuis 3 ans sur les écoprocédés d’extraction à partir de la biomasse algale : l’IRDL apportant ses compétences autour du traitement de la biomasse en amont par différents procédés de séchage et le LBCM sur le volet extraction de molécules. Cette collaboration s’intensifie dans le cadre du projet Save-C.
4- Potentiel d'insertion à un haut niveau dans la communauté académique ou non académique du docteur
HYTALG nécessite des compétences en génie des bioprocédés et biochimie-biologie dans les secteurs d’activités des algues et des bioénergies. Le candidat pourra s’insérer dans le milieu industriel ou académique comme 10 des 11 docteurs issus de l’équipe encadrante depuis 2015 : 5 EC, 1 chercheur, 3 CDI industriels, 1 CDD académique.
Le candidat
Profil souhaité du candidat (spécialité/discipline principale, compétences scientifiques et techniques requises) :
La personne retenue aura un intérêt particulier pour les sciences de la mer, la biochimie et les bioprocédés. Elle fera preuve d’autonomie, de rigueur avec la capacité à s’intégrer dans plusieurs équipes de recherche. Elle devra apprécier et être motivée par les approches expérimentales et être en mesure d’aborder la modélisation des phénomènes multiphysiques.
Elle devra être intéressée pour une mobilité à l’international. La connaissance de la langue espagnole serait un plus.
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ATTENTION :
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[1]Ce formulaire est rédigé en style épicène
