Thèse Bio-Ingéneurie de Photocatalyseurs à Base de Tio pour le Traitement Photocatalytique de l'Eau H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie École doctorale : Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes Laboratoire de recherche : Institut de Chimie Physique Direction de la thèse : Mohamed Nawfal GHAZZAL ORCID 000000022040995X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 L'accès à l'eau potable constitue l'un des enjeux environnementaux majeurs en Asie du Sud. Les effluents industriels au Pakistan contiennent des polluants organiques persistants - notamment des colorants textiles, des résidus pharmaceutiques et des composés phénoliques - que les procédés conventionnels de traitement éliminent difficilement.

La photocatalyse à base de semi-conducteurs, dans laquelle la lumière génère des porteurs de charge capables de produire des espèces réactives de l'oxygène à la surface d'un catalyseur, permet de minéraliser ces polluants en utilisant uniquement la lumière solaire.

Le dioxyde de titane (TiO) demeure le photocatalyseur de référence en raison de son faible coût, de sa stabilité et de son caractère non toxique. Toutefois, sous sa forme non modifiée, il n'absorbe que les rayonnements ultraviolets et subit d'importantes pertes de charges photogénérées par recombinaison.

Le défi scientifique de cette thèse consiste donc à surmonter ces deux limitations en développant des matériaux pouvant être élaborés par des méthodes de synthèse - notamment par synthèse verte assistée par les plantes - adaptées aux réalités des régions qui en ont le plus besoin. Le doctorat sera organisé dans le cadre d'une collaboration internationale : le candidat sera inscrit à l'Université Paris-Saclay. La période financée par la bourse Eiffel en France (18 mois) sera consacrée aux WP1 et WP2, ainsi qu'à la partie avancée du WP4. Les périodes sera effectuées à l'étranger, sous une codirection qui portera sur le programme de synthèse verte, les essais sur des effluents réels et les travaux de rédaction.
Méthodologie et plan de travail

WP1 - Synthèse (mois 1 à 12, Paris-Saclay). Préparation du TiO et des phases associées ; élaboration des hétérojonctions selon les protocoles déjà établis par l'équipe d'accueil ; réalisation en parallèle de synthèses vertes à l'aide d'extraits végétaux caractérisés lors des travaux antérieurs du candidat, notamment le pin Chir (Pinus roxburghii).

WP2 - Caractérisation (mois 6 à 24, Paris-Saclay et Lahore). Caractérisation structurale, morphologique, superficielle et optique des matériaux, ainsi que détermination de la position des bandes énergétiques.

WP3 - Évaluation photocatalytique (mois 12 à 30, sur les deux sites). Évaluation de l'activité photocatalytique selon des protocoles standardisés sous lumière solaire simulée ; étude de la cinétique réactionnelle, des mécanismes à l'aide d'agents piégeurs d'espèces réactives, de l'élimination du carbone organique total (COT) et de la stabilité des matériaux au cours de cycles successifs d'utilisation. Des essais seront également réalisés sur des échantillons d'effluents réels collectés au Pakistan pendant les périodes de séjour à Lahore.

WP4 - Étude des mécanismes et rédaction (mois 24 à 36). Étude approfondie de la dynamique des porteurs de charge par des techniques avancées de spectroscopie au sein du laboratoire d'accueil ; rédaction de la thèse et des publications scientifiques.
- Synthétiser des photocatalyseurs à hétérojonction à base de TiO (TiO couplé à des semi-conducteurs actifs sous lumière visible issus du programme de recherche de l'équipe d'accueil, notamment des oxydes de type pérovskite), en utilisant à la fois des méthodes conventionnelles (sol-gel, synthèse hydrothermale) et des méthodes de synthèse verte assistée par les plantes, puis comparer rigoureusement les matériaux obtenus.

- Établir les relations entre structure et propriétés en étudiant le lien entre la voie de synthèse, la structure des interfaces et la morphologie des matériaux, d'une part, et leur activité photocatalytique, d'autre part. Cette étude s'appuiera sur différentes techniques de caractérisation : diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie à dispersion d'énergie (MEB/EDX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), spectroscopie UV-Visible en réflectance diffuse, photoluminescence et étude de la cinétique réactionnelle.

- Évaluer les meilleurs matériaux sur des polluants particulièrement pertinents pour le contexte pakistanais, notamment les colorants textiles et certains composés pharmaceutiques sélectionnés, dans des matrices d'eaux usées modèles et réelles, en étudiant également la stabilité des photocatalyseurs et leur possibilité de réutilisation.

- Élucider les mécanismes de transfert de charges et les espèces réactives impliquées dans le fonctionnement de la meilleure hétérojonction, grâce à des études utilisant des agents piégeurs d'espèces réactives (scavenger studies) et, en collaboration avec l'équipe d'accueil et ses techniques avancées de spectroscopie, par l'observation directe de la dynamique des porteurs de charge.

Voici une proposition de rédaction adaptée à ton sujet de thèse sur les photocatalyseurs à hétérojonction à base de TiO et la synthèse verte assistée par les plantes, dans le cadre d'une collaboration entre l'Université Paris-Saclay et le Pakistan.

### Profil et compétences recherchées

Le candidat devra être titulaire d'un Master 2 ou d'un diplôme équivalent en chimie, chimie des matériaux, science des matériaux, génie chimique ou dans une discipline connexe.

Le profil recherché devra présenter un intérêt marqué pour la recherche en matériaux fonctionnels, nanomatériaux, photocatalyse et technologies environnementales, notamment pour les applications liées au traitement et à la dépollution des eaux.

Les compétences et connaissances souhaitées sont les suivantes :

- Chimie des matériaux et nanomatériaux : connaissances en synthèse, élaboration et modification de matériaux inorganiques, notamment les oxydes métalliques et les semi-conducteurs.
- Techniques de synthèse : maîtrise ou connaissance des méthodes de synthèse conventionnelles, telles que les procédés sol-gel et hydrothermaux. Une expérience en synthèse verte utilisant des extraits végétaux serait particulièrement appréciée.
- Techniques de caractérisation : connaissances des techniques d'analyse structurale, morphologique et optique, notamment la DRX, la MEB/EDX, la FTIR, la spectroscopie UV-Visible et la photoluminescence.
- Photocatalyse et chimie environnementale : connaissances des mécanismes de photocatalyse, des phénomènes de transfert de charges et des procédés de dégradation des polluants organiques.
- Analyse et traitement des données : capacité à exploiter et interpréter des résultats expérimentaux, à étudier les cinétiques réactionnelles et à établir des relations entre les propriétés physico-chimiques des matériaux et leurs performances photocatalytiques.
- Compétences scientifiques transversales : rigueur expérimentale, autonomie, esprit critique, capacité à résoudre des problèmes scientifiques et aptitude au travail en équipe dans un environnement de recherche international.
- Communication scientifique : bonne maîtrise de l'anglais scientifique, à l'écrit comme à l'oral, permettant la rédaction de publications et la présentation des résultats lors de conférences internationales.

Une expérience préalable dans le domaine des photocatalyseurs à base de TiO, des hétérojonctions semi-conductrices ou de la synthèse de nanomatériaux par des approches écoresponsables constituera un atout supplémentaire.

Le candidat devra également faire preuve de motivation, de curiosité scientifique et d'une réelle capacité d'adaptation afin de mener un projet doctoral pluridisciplinaire dans le cadre d'une collaboration scientifique internationale.

• Gestion des données
• Microscopie électronique à balayage (MEB)
• Anglais
• Travail en équipe
• Autonomie
• Spectroscopie
• Capacité d'adaptation
• Chimie