Thèse Développement d'Électrodes Écologiques à Base de Polysaccharides pour la Dégradation Électrochimique de Polluants Organiques Persistants H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie Direction de la thèse : Sohayb KHAOULANI ORCID 0000000260745552 Début de la thèse : 2026-11-02 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 Les polluants organiques persistants (POP) sont des composés dangereux qui se bioaccumulent dans la chaîne alimentaire et risquent d'avoir des effets néfastes sur la santé humaine. Plusieurs procédés, dont l'adsorption, la photocatalyse et l'électrocoagulation, ont été étudiés pour résoudre ce problème, mais aucun d'entre eux ne peut dégrader efficacement les POP. L'Electro-Oxydation (EO) est de plus en plus étudiée pour le traitement des POP, en raison de son efficacité, de son accessibilité et de sa facilité de manipulation, Cependant, et malgré ses avantages, cette technologie est assez coûteuse, en raison des coûts élevés de l'alimentation électrique et de la nature des électrodes. Un choix judicieux du matériau des électrodes est donc crucial car il influence sur l'efficacité du procédé.
Cette thèse est dédiée à la synthèse et à la conception d'électrodes innovantes et écologiques pour une élimination efficace des POP. Des nouvelles électrodes à base d'hydroxydes doubles lamellaires seront synthétisées à partir de polysaccharides, qui présentent de nombreux avantages en termes de biodégradabilité, de porosité et de rentabilité. La polymérisation sera initiée par l'ajout d'agents réticulants non toxiques dans des conditions respectueuses de l'environnement.
Cette thèse vise également à évaluer la dégradation des POP en utilisant ces électrodes qui peuvent faciliter le transfert d'électrons et générer des radicaux qui aident à la formation de composés intermédiaires. Les traitements EO minéraliseront complètement les POP en CO2 et H2O dans des conditions normales de température et de pression.
La contamination par les substances chimiques représente une sérieuse menace pour la qualité d'eau potable, la santé humaine et la biodiversité. Les polluants présents dans les cours d'eau proviennent principalement des secteurs industriel et agricole, ainsi que des activités domestiques. Les eaux pluviales urbaines contribuent également, bien que dans une moindre mesure, à cette pollution chimique. Selon le dernier rapport du Ministère de la Transition Écologique, seulement 43 % des eaux de surface en France présentent une bonne qualité écologique, et environ 71 % des eaux souterraines atteignent un statut chimique acceptable [1].
Chaque année, plus de 11 millions d'analyses de polluants sont effectuées à l'aide de techniques chromatographiques et spectrométriques. Selon les résultats exploités, environ 74 % concernent les pesticides, 25 % d'autres substances dangereuses, et 1 % des composés d'azote et de phosphore[2]. Ces analyses révèlent parfois des concentrations dépassant les normes de qualité environnementale (NQE).
Les pesticides, qui comprennent les insecticides, les acaricides, les fongicides, les herbicides, les molluscicides, les nématicides et les rodenticides, sont utilisés fréquemment et en quantité importante pour protéger les cultures contre les ravageurs, les maladies et les mauvaises herbes. Parmi ces familles chimiques, les organochlorés retiennent une attention particulière en raison de leur persistance et de leur toxicité élevée. Issues de processus industriels, agricoles ou de la combustion de carburants, ces molécules se retrouvent dans les milieux aquatiques à des concentrations dépassant les normes NQE, variant de 0,2 mg/L à 2 µg/L [3, 4]. Leur stabilité chimique favorise leur persister dans l'environnement et de s'accumuler dans les organismes vivants, représentant ainsi un risque pour la santé humaine et la biodiversité.
Les méthodes conventionnelles de traitement des eaux (coagulation, filtration, oxydation [5]) et certaines technologies émergentes (adsorption [6], sono-chimie [7], électrocoagulation [8]) se révèlent insuffisantes pour éliminer efficacement ces polluants organiques persistants.
Un nouveau processus d'oxydation avancée basé sur la technologie électrochimique a attiré davantage l'attention des scientifiques ces dernières années. De nombreux travaux ont été consacrés à son étude en vue de l'élimination des polluants persistants présents dans l'eau [9]. Son principe est basé sur l'utilisation de complexes métalliques et de produits chimiques [10]. De plus, comme ce traitement repose sur l'utilisation d'une alimentation électrique, il devient potentiellement plus facile à alimenter en énergie renouvelable. En général, les traitements électrochimiques minéralisent complètement les polluants en utilisant une variété d'espèces hautement oxydantes, telles que les radicaux OH-, les radicaux sulfate -SO4-, les radicaux phosphate -PO42- et les radicaux carbonate -CO3- [10]. Ces radicaux sont générés très près de la surface de l'électrode et réagissent avec quelques polluants. L'oxydation électrochimique (EO) dépend fortement de la nature du matériau de l'électrode, ce qui affecte l'efficacité du processus. Le diamant dopé au bore (BDD), le dioxyde de titane, l'oxyde d'étain, l'oxyde de plomb et les matériaux carbonés modifiés sont les matériaux les plus étudiés en tant qu'anodes et cathodes dans le processus d'EO pour traiter les effluents. En contrepartie d'une efficacité, ces matériaux sont, pour une grande partie, coûteux, non écologiques et/ou peuvent produire des sous-produits toxiques, réduisant ainsi leur utilisation dans de nombreuses applications [11, 12].
Ce projet de thèse a pour objectif de développer une stratégie électrochimique innovante, durable et économiquement viable pour le traitement des eaux contaminées par des composés organochlorés.
Cette approche reposera sur l'utilisation d'électrodes écologiques conçues à partir de polysaccharides fonctionnalisés et modifiés. Sous l'effet d'un potentiel électrique adéquat, ces électrodes permettront la génération in situ d'espèces radicalaires hautement oxydantes capables de rompre des liaisons chimiques, conduisant ainsi à la dégradation et à la minéralisation des polluants en dioxyde de carbone et en eau. Cette technologie constitue une alternative prometteuse aux procédés conventionnels de dépollution et s'inscrit pleinement dans les objectifs de développement durable des Nations Unies, notamment l'ODD 6 relatif à l'accès à une eau propre et à l'assainissement, ainsi que l'ODD 3 consacré à la santé et au bien-être. Les polluants organiques persistants (POPs) représentent une menace majeure pour l'environnement et la santé humaine, en raison de leur grande stabilité chimique, de leur toxicité et de leur capacité de bioaccumulation. Face aux limites des méthodes de traitement conventionnelles, les procédés électrochimiques se distinguent comme une alternative prometteuse, alliant efficacité de dépollution et respect de l'environnement.
Dans ce contexte, ce projet de thèse vise à développer de nouveaux matériaux écologiques à base de polysaccharides fonctionnalisés, des composés renouvelables et biodégradables, en vue de concevoir des dispositifs performants et durables pour l'élimination de ces polluants

Le profil recherché correspond à une candidate ou un candidat titulaire d'un Master 2 en chimie des matériaux ou science des matériaux, ou d'un diplôme d'ingénieur en chimie et/ou matériaux. Une solide formation en synthèse de matériaux, en modification chimique de surfaces et en fonctionnalisation de matériaux biosourcés est attendue. Une expérience préalable avec des matériaux d'origine naturelle, des polymères, des polysaccharides, des matériaux hybrides ou des systèmes fonctionnels pour des applications environnementales ou électrochimiques sera particulièrement appréciée.
La personne recrutée devra être capable de mener des travaux expérimentaux avec rigueur, de contribuer à la mise en place de nouveaux protocoles reproductibles, d'analyser de manière critique les résultats obtenus et de proposer des ajustements méthodologiques pertinents. Des compétences en caractérisation physico-chimique des matériaux, notamment par spectroscopie, analyses thermiques ou techniques électrochimiques, constitueront un atout important.
La maîtrise des concepts fondamentaux en électrochimie et en chimie environnementale est vivement souhaitée. La candidate ou le candidat devra également faire preuve d'une forte motivation pour la recherche scientifique, d'une bonne autonomie, d'un sens de l'organisation, ainsi que d'une réelle aptitude au travail en équipe dans un environnement collaboratif et interdisciplinaire. De bonnes compétences rédactionnelles et communicationnelles, en français et/ou en anglais, seront également attendues pour la valorisation des résultats sous forme de rapports, de communications scientifiques et de publications.

• Anglais
• Travail en équipe
• Autonomie
• Français
• Spectroscopie
• Sens de l’organisation
• Chimie