Sujet de stage de M2 ou de fin d`études d`ingénieur Modélisation

Sujet de stage de M2 ou de fin d’études d’ingénieur
Année 2012-2013
Modélisation macroscopique de la croissance d'un biofilm
dans un système de filtration membranaire
Mots-clés : biofilm, milieu poreux, transferts couplés, modélisation, changement d'échelle, simulation numérique,
interactions modèle-expériences
La filtration membranaire des eaux contenant des microorganismes est une technique très répandue pour le traitement
des effluents industriels et domestiques, utilisée dans l’agroalimentaire et dans les biotechnologies. Lors de la filtration, le
colmatage de la membrane par des particules inorganiques et organiques est inévitable. Il conduit à une baisse des
performances du procédé du fait de l’augmentation de la résistance hydraulique. L’étude du colmatage présente donc un
fort enjeu industriel et scientifique.
En particulier, les microorganismes présents dans l’eau à traiter conduisent, après adhésion sur la surface de la
membrane, à la formation d’un film biologique appelé biofilm. Le colmatage qui en résulte se manifeste soit en surface,
par le développement même du biofilm, soit en volume, par la pénétration des molécules issues du biofilm. Le sujet de
stage proposé ici porte sur le colmatage en surface par le biofilm, modélisé comme un milieu poreux (les microorganismes constituent une phase et la matrice polymérique extracellulaire l’autre phase). Le travail consistera tout
d’abord à étudier les modèles existants pour la croissance de biofilms et à identifier quels sont les phénomènes qui sont
pris en compte. Il s’agira ensuite de développer un modèle de croissance et de le simuler numériquement en tenant
compte entre autres des mécanismes de transport, des réactions chimiques et biologiques, de l'attachement et du
détachement du biofilm. Le système membrane - biofilm sera caractérisé à ses différentes échelles par des mesures
expérimentales effectuées dans le cadre d'un autre travail mené en parallèle. Enfin, une comparaison entre des filtrations
expérimentales et numériques à l'échelle macroscopique permettra de valider le modèle.
Le stage sera effectué au laboratoire d’Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C) et en
partenariat avec le Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux (LGPM) de l’École Centrale Paris. Les deux équipes
impliquées ont une grande expérience dans la modélisation des transferts en milieu poreux (EM2C) et dans l’étude des
biofilms et des procédés membranaires pour le traitement d’effluents (LGPM). Ce stage s'inscrit dans un projet plus large
qui a été initié par une thèse de doctorat impliquant déjà les deux équipes et qui sera soutenue fin 2013. Une collaboration
étroite est donc attendue entre l’étudiant en stage et le doctorant.
Profil : Étudiant en M2 ou en dernière année d’école d’ingénieurs, ayant de bonnes connaissances en mécanique des
fluides, transfert d’espèces, simulation numérique et si possible microbiologie et milieux poreux. Le candidat
doit être particulièrement intéressé par la modélisation mathématique (équations aux dérivées partielles).
Modalités :
Stage de 5 à 6 mois, débutant au premier semestre 2013.
Lieu : Laboratoire EM2C, UPR 288 CNRS - École Centrale Paris, Grande voie des vignes, 92290 Châtenay-Malabry
(accessible du centre de Paris en 45 minutes par RER B et bus)
Encadrement : Fabien Bellet, Enseignant-chercheur ECP / EM2C, 01 41 13 10 47
Benoît Goyeau, Enseignant-chercheur ECP / EM2C, 01 41 13 10 58
Partenaires : Filipa Lopes, Enseignant-chercheur ECP / LGPM, 01 41 13 11 12
Estelle Couallier, Enseignant-chercheur ECP / LGPM, 01 41 13 15 98
Candidature : Envoyer un CV et une lettre de motivation à l'adresse [email protected]