Sujet de thèse IFSTTAR

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Fiche détaillée :

Titre : Etude des mécanismes de biodétérioration des matériaux cimentaires dans les réseaux d’assainissement

Laboratoire principal - Référent principal   -

Directeur du laboratoire principal   -

Spécialité de la thèse Génie civil, microbiologie

Axe 2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures

Site principal Marne-la-Vallée

Etablissement d'inscription UNIVERSITE DE MARNE-LA-VALLEE

Ecole doctorale SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)

Directeur de thèse prévu CHAUSSADENT Thierry  -    -

Type de financement prévu Contrat doctoral  - Ifsttar

Résumé

Contexte :
Les progrès réalisés dans la gestion des effluents dans les réseaux d’assainissement et les stations d’épuration, les changements de comportement des usagers et, dans certains cas, les changements climatiques induisent de nouvelles contraintes physico-chimiques et biologiques sur les infrastructures d’assainissement et leurs équipements.
De nombreux traitements des effluents ont été développés afin de répondre aux exigences de la norme cadre sur l’eau. Ces traitements conduisent à l’épuration des effluents mais induisent également la formation d’environnements très sévères pour les matériaux dans lesquels ont lieu ces traitements (pH localement très acide, présence de micro-organismes,…). La mise en œuvre de ces nouveaux traitements efficaces n’a pas pris en compte la sensibilité des matériaux à ces environnements, il est donc important d’étudier la pérennité des ouvrages d’assainissement en contact de ces nouveaux traitement.
Actuellement, une des dégradations les plus connues est liée à la présence d’hydrogène sulfuré et à son oxydation biologique par des micro-organismes qui conduit à une attaque acide en particulier des matériaux cimentaires [1-5]. Les coûts liés aux réparations, voire à la reconstruction de ces structures, ont conduit les gestionnaires et les organismes de recherche à s’intéresser aux mécanismes inhérents à ces dégradations. Il reste toutefois encore beaucoup de lacunes dans les connaissances et en particulier sur les interactions micro-organismes / environnement / matériaux en lien avec les cinétiques de dégradation. D’autres aspects doivent aussi être mieux maitrisés comme la mise au point d’essais accélérés de laboratoire ou l’aide à la décision par des modèles afin de proposer des recommandations et d’adapter les normes actuelles notamment par rapport aux choix des matériaux.
Ainsi cette thèse s’attachera à étudier différents détériorations des matériaux cimentaires dans les réseaux d’assainissement afin d’en permettre une gestion plus durable du patrimoine.

Les objectifs de la thèse :
- Comprendre les différents mécanismes de détérioration des matériaux cimentaires au contact des effluents d’eaux usées
- Comprendre les interactions entre micro-organismes et matériaux cimentaires en comparant les mécanismes en présence et absence d’H2S.

Moyens :
Outre les moyens analytiques, techniques et scientifiques des laboratoires de l’Ifsttar et de l’INSA, la thèse bénéficiera de l’accès à des réseaux d’assainissement pour pourvoir réaliser des essais in situ et à des sites industriels notamment de traitement des eaux usées du SIAAP.

La thèse sera co-financée par l’IFSTTAR et le SIAAP (Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne) via le programme de recherche MOCOPEE. De plus, l’INSA de Toulouse (LMDC et LISBP) apportera son expertise sur les interactions microorganismes/matériaux cimentaires et sur les procédés de traitement des eaux usées. La thèse sera réalisée en région parisienne (Champs sur Marne et Collombes). Des séjours à Toulouse seront également effectués.
L’Ifsttar et le SIAAP collaborent depuis 2015 sur la biodégradation des matériaux cimentaires en présence d’H2S. De plus, L’Ifsttar et l’Insa Toulouse (LMDC et LISBP)) collaborent sur la biodégradation des matériaux cimentaires en présence d’H2S dans le cadre d’un projet FUI Duranet (Réseaux d’Assainissement Durables ; 2014-2018), dans le PN PerfDuB (Projet National sur l’approche performentielle et la durabilité des bétons) et en tant qu’experts, au Comité Technique RILEM 253-MCI Microorganisms-cementitious Materials Interactions (pilote : Alexandra Bertron), au projet de rénovation du fascicule de documentation français FD P 18-011 et au comité européen de normalisation CEN/TC 165/WG 13 N 265 “Renovation and repair of drains and sewers” .

Insertion de la thèse dans les recherches IFSTTAR
Ce sujet de thèse s'inscrit dans l'ARD A3 durabilité des matériaux cimentaires, dans l'axe2 du COP et dans les projets Fédérateurs : ville durable et infrastructures de transition énergétiques.

Références :
1- Grandclerc A., Guéguen-Minerbe M., Nour I., Dangla P., Chaussadent T., Accelerated biodeterioration test for the study of cementitious materials in sewer networks: Experimental and Modeling, Key Engineering Materials, 711, 1069-1075, 2016
2 –- Peyre Lavigne, M., Bertron, A., Auer, L., Hernandez-Raquet, G., Foussard, J.-N., Escadeillas, G., Cockx, A., and Paul, E. (2015). An innovative approach to reproduce the biodeterioration of industrial cementitious products in a sewer environment. Part I: Test design. Cem. Concr. Res. 73, 246–256.
3 -Joseph A.P., Keller J., Bustamante H. and Bond P.L., Surface neutralization and H2S oxidation at early stages of sewer corrosion: Influence of temperature, relative humidity and H2S concentration, Water Research 46 (2012): 4235-45.
4 - Islander R.L., Devinny J.S., Mansfeld F., Postyn A. and Shih H., Microbial ecology of crown corrosion in sewers, Journal of Environmental Engineering 117 (1991): 761-7704
5 - Okabe S., Odagiri M., Ito, T. and Satoh H., Succession of sulfur-oxidizing bacteria in the microbial community on corroding concrete in sewer systems, Applied and Environmental Microbiology 73 (2007): 971-80.

Mots-clefs: Matériaux cimentaires, réseaux d'assainissement, interaction matériaux/biofilm

Laboratoire principal - Référent principal	-
Directeur du laboratoire principal	-
Spécialité de la thèse	Génie civil, microbiologie
Axe	2 - COP2017 - Améliorer l'efficience et la résilience des infrastructures
Site principal	Marne-la-Vallée
Etablissement d'inscription	UNIVERSITE DE MARNE-LA-VALLEE
Ecole doctorale	SCIENCES, INGENIERIE ET ENVIRONNEMENT (SIE)
Directeur de thèse prévu	CHAUSSADENT Thierry - -
Type de financement prévu	Contrat doctoral - Ifsttar
Résumé Contexte : Les progrès réalisés dans la gestion des effluents dans les réseaux d’assainissement et les stations d’épuration, les changements de comportement des usagers et, dans certains cas, les changements climatiques induisent de nouvelles contraintes physico-chimiques et biologiques sur les infrastructures d’assainissement et leurs équipements. De nombreux traitements des effluents ont été développés afin de répondre aux exigences de la norme cadre sur l’eau. Ces traitements conduisent à l’épuration des effluents mais induisent également la formation d’environnements très sévères pour les matériaux dans lesquels ont lieu ces traitements (pH localement très acide, présence de micro-organismes,…). La mise en œuvre de ces nouveaux traitements efficaces n’a pas pris en compte la sensibilité des matériaux à ces environnements, il est donc important d’étudier la pérennité des ouvrages d’assainissement en contact de ces nouveaux traitement. Actuellement, une des dégradations les plus connues est liée à la présence d’hydrogène sulfuré et à son oxydation biologique par des micro-organismes qui conduit à une attaque acide en particulier des matériaux cimentaires [1-5]. Les coûts liés aux réparations, voire à la reconstruction de ces structures, ont conduit les gestionnaires et les organismes de recherche à s’intéresser aux mécanismes inhérents à ces dégradations. Il reste toutefois encore beaucoup de lacunes dans les connaissances et en particulier sur les interactions micro-organismes / environnement / matériaux en lien avec les cinétiques de dégradation. D’autres aspects doivent aussi être mieux maitrisés comme la mise au point d’essais accélérés de laboratoire ou l’aide à la décision par des modèles afin de proposer des recommandations et d’adapter les normes actuelles notamment par rapport aux choix des matériaux. Ainsi cette thèse s’attachera à étudier différents détériorations des matériaux cimentaires dans les réseaux d’assainissement afin d’en permettre une gestion plus durable du patrimoine. Les objectifs de la thèse : - Comprendre les différents mécanismes de détérioration des matériaux cimentaires au contact des effluents d’eaux usées - Comprendre les interactions entre micro-organismes et matériaux cimentaires en comparant les mécanismes en présence et absence d’H2S. Moyens : Outre les moyens analytiques, techniques et scientifiques des laboratoires de l’Ifsttar et de l’INSA, la thèse bénéficiera de l’accès à des réseaux d’assainissement pour pourvoir réaliser des essais in situ et à des sites industriels notamment de traitement des eaux usées du SIAAP. La thèse sera co-financée par l’IFSTTAR et le SIAAP (Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne) via le programme de recherche MOCOPEE. De plus, l’INSA de Toulouse (LMDC et LISBP) apportera son expertise sur les interactions microorganismes/matériaux cimentaires et sur les procédés de traitement des eaux usées. La thèse sera réalisée en région parisienne (Champs sur Marne et Collombes). Des séjours à Toulouse seront également effectués. L’Ifsttar et le SIAAP collaborent depuis 2015 sur la biodégradation des matériaux cimentaires en présence d’H2S. De plus, L’Ifsttar et l’Insa Toulouse (LMDC et LISBP)) collaborent sur la biodégradation des matériaux cimentaires en présence d’H2S dans le cadre d’un projet FUI Duranet (Réseaux d’Assainissement Durables ; 2014-2018), dans le PN PerfDuB (Projet National sur l’approche performentielle et la durabilité des bétons) et en tant qu’experts, au Comité Technique RILEM 253-MCI Microorganisms-cementitious Materials Interactions (pilote : Alexandra Bertron), au projet de rénovation du fascicule de documentation français FD P 18-011 et au comité européen de normalisation CEN/TC 165/WG 13 N 265 “Renovation and repair of drains and sewers” . Insertion de la thèse dans les recherches IFSTTAR Ce sujet de thèse s'inscrit dans l'ARD A3 durabilité des matériaux cimentaires, dans l'axe2 du COP et dans les projets Fédérateurs : ville durable et infrastructures de transition énergétiques. Références : 1- Grandclerc A., Guéguen-Minerbe M., Nour I., Dangla P., Chaussadent T., Accelerated biodeterioration test for the study of cementitious materials in sewer networks: Experimental and Modeling, Key Engineering Materials, 711, 1069-1075, 2016 2 –- Peyre Lavigne, M., Bertron, A., Auer, L., Hernandez-Raquet, G., Foussard, J.-N., Escadeillas, G., Cockx, A., and Paul, E. (2015). An innovative approach to reproduce the biodeterioration of industrial cementitious products in a sewer environment. Part I: Test design. Cem. Concr. Res. 73, 246–256. 3 -Joseph A.P., Keller J., Bustamante H. and Bond P.L., Surface neutralization and H2S oxidation at early stages of sewer corrosion: Influence of temperature, relative humidity and H2S concentration, Water Research 46 (2012): 4235-45. 4 - Islander R.L., Devinny J.S., Mansfeld F., Postyn A. and Shih H., Microbial ecology of crown corrosion in sewers, Journal of Environmental Engineering 117 (1991): 761-7704 5 - Okabe S., Odagiri M., Ito, T. and Satoh H., Succession of sulfur-oxidizing bacteria in the microbial community on corroding concrete in sewer systems, Applied and Environmental Microbiology 73 (2007): 971-80.
Mots-clefs:	Matériaux cimentaires, réseaux d'assainissement, interaction matériaux/biofilm

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