Le développement de bioraffineries de microalgues représente un défi industriel majeur, susceptible d'apporter des réponses aux problèmes énergétiques et environnementaux de notre société. Une fois les cellules lysées, une des étapes clés consiste à séparer les biomolécules (protéines, lipides et polysaccharides) du matériel broyé, afin de les concentrer et de les purifier. L'un des procédés sélectionnés est la filtration membranaire. Les enjeux de cette étape sont de comprendre l'organisation des composés cibles dans les extraits de microalgues, puis de modifier cette organisation pour faciliter le fractionnement et la valorisation des différents produits.
Le couplage de la filtration membranaire et de la catalyse enzymatique a été identifié comme un candidat potentiel pour augmenter les rendements d'extraction. En effet, les enzymes identifiées peuvent dégrader les composés bloquant les biomolécules d'intérêt. Afin de développer ce procédé intensifié, le projet ANR-DFG « PREMIUM » a récemment démarré impliquant les laboratoires GEPEA (St-Nazaire, FR), IOM (Leipzig, D) et IMN (Nantes, FR). L'objectif est de développer le procédé depuis la fabrication de la membrane et le greffage des enzymes par l'IOM, jusqu'au développement et à l'optimisation du procédé par GEPEA, tout en étudiant la structure et le colmatage de la membrane par cryo-microscopie électronique par l'IMN.
Le poste d’ingénieur de recherche fait partie du projet PREMIUM mené par le partenaire GEPEA, et vise à modéliser le procédé hybride enzymatique membranaire, où de forts couplages entre les phénomènes de réaction et de transfert sont attendus. L’ingénieur de recherche sera également impliqué dans une collaboration entre le GEPEA et le LGC (Toulouse, FR). Cette collaboration supplémentaire vise à aborder des questions de modélisation spécifiques, car (1) une interaction complexe entre les phénomènes de transport et la réaction est attendue dans le contexte d'un réacteur multiphasique, (2) une méthodologie spécifique doit être appliquée afin de combler le fossé entre les simulations numériques et le processus réel impliquant un milieu complexe
Activités
Après une étude bibliographique approfondie sur la modélisation des réacteurs membranaires biocatalytiques (BMR) dans le contexte de l'extraction de biomolécules à partir de milieux complexes, le candidat doit élaborer une stratégie de modélisation. Tout d'abord, des modèles dégénérés seront développés en utilisant une approche multiphysique 4,5 basée sur des nombres adimensionnels pertinents afin d'identifier les phénomènes de transfert limitants et les principaux paramètres de dimensionnement. Une étude de cas complexe prendra ensuite en compte des propriétés physiques et chimiques réalistes des extraits de microalgues et des réactions enzymatiques. La comparaison entre les prédictions du modèle et les résultats expérimentaux du procédé réel, ainsi que les analyses de sensibilité, permettront de mieux comprendre les effets spécifiques des caractéristiques complexes du milieu et de la catalyse enzymatique. Le modèle validé sera ensuite utilisé pour optimiser les conditions de fonctionnement afin de maximiser l'extraction des biomolécules.
En plus de sa contribution au développement du modèle, l’ingénieur de recherche participera activement aux discussions avec tous les partenaires du projet PREMIUM : lL'équipe GEPEA sur le développement du pilote, les conditions opératoires et le traitement des extraits de microalgues, le partenaire IOM sur le développement et la structure de la membrane polymère greffée et, l'IMN sur l'identification des mécanismes de colmatage de la membrane et l'évaluation de la distribution des enzymes dans le milieu poreux et comment elle améliore les réactions ciblées et le transfert de masse des biomolécules.
Autres tâches et obligations :
• Conceptualisation, gestion des données, analyse formelle, rédaction d'articles originaux pour des revues internationales à comité de lecture.
• Contribution aux tâches de gestion de projet : rédaction de rapports de projet et de documents à fournir.
• Présentations lors de réunions et d'ateliers scientifiques.
Compétences
• Thèse de doctorat en génie chimique, en bioprocédés ou en génie alimentaire.
• Contexte (connaissances préalables) : Catalyse hétérogène, Procédés de séparation, Phénomènes de transport.
• Solides compétences en informatique : Logiciels CFD (ANSYS, COMSOL, ...), Matlab, Python, ...
• Qualités requises : Bonne aptitude à résoudre les problèmes ; souci du détail ; capacité d'adaptation, capacité de travailler de manière autonome, sens aigu de l'organisation.
• Ouverture d'esprit et capacité à travailler en équipe, compte tenu de la nature multidisciplinaire et collaborative du projet.
• Aptitude à communiquer efficacement en anglais à l'oral et à l'écrit.
Contexte de travail
Le Laboratoire Génie des Procédés, Environnement et Agroalimentaire (GEPEA, https://www.gepea.fr/) est l'un des principaux laboratoires français dans le domaine du Génie des Procédés. Le sujet proposé fait partie du projet PREMIUM, dirigé par E. Couallier et soutenu par les agences nationales de recherche française et allemande (ANR et DFG). Le projet implique trois laboratoires avec de fortes collaborations : GEPEA, l'Institut de Génie des Surfaces de Leipzig, Allemagne (IOM, https://www.iom-leipzig.de/en/) et l'Institut des Matériaux de Nantes (IMN, https://www.cnrs-imn.fr/). Le poste fait également partie d'une collaboration entre des spécialistes de la modélisation des procédés au GEPEA (P. Albrand) et au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (C. Julcour). L'essentiel des recherches sera effectué au GEPEA à Saint-Nazaire. L’ingénieur de recherche fera partie de l'équipe “Bioprocédés appliqués aux microalgues” du GEPEA, et sera impliqué dans le domaine du bioraffinage. Des visites aux laboratoires partenaires sont également prévues.
Le Laboratoire Génie des Procédés, Environnement et Agroalimentaire (GEPEA, https://www.gepea.fr/) est l'un des principaux laboratoires français dans le domaine du Génie des Procédés. Le sujet proposé fait partie du projet PREMIUM, dirigé par E. Couallier et soutenu par les agences nationales de recherche française et allemande (ANR et DFG). Le projet implique trois laboratoires avec de fortes collaborations : GEPEA, l'Institut de Génie des Surfaces de Leipzig, Allemagne (IOM, https://www.iom-leipzig.de/en/) et l'Institut des Matériaux de Nantes (IMN, https://www.cnrs-imn.fr/). Le poste fait également partie d'une collaboration entre des spécialistes de la modélisation des procédés au GEPEA (P. Albrand) et au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (C. Julcour). L'essentiel des recherches sera effectué au GEPEA à Saint-Nazaire. L’ingénieur de recherche fera partie de l'équipe “Bioprocédés appliqués aux microalgues” du GEPEA, et sera impliqué dans le domaine du bioraffinage. Des visites aux laboratoires partenaires sont également prévues.
Contraintes et risques
pas de contraintes particulières
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