Etude de la mobilité de bactéries en milieux poreux naturels ou anthropisés : Application au transfert facilité de polluants réactifs

Contexte :
Ce travail s’inscrit dans un projet qui vise à valoriser les résidus miniers en tant que ressources, à fournir des métaux qui sont aujourd’hui extraits par d’autres procédés, à promouvoir le recyclage, à minimiser la production de déchets dangereux. L’objectif premier du projet est l’extraction par voie microbienne des métaux provenant de résidus miniers, extraction basée sur le microbiome autochtone des résidus. Le projet aboutira à l’élaboration d’un bioprocédé propre, économique et innovant pour la récupération des métaux à partir des déchets, qui permettra de réintégrer les résidus dans le cycle de production, soutenant ainsi la transition de l’UE vers une économie circulaire. Les résidus des mines portugaise (Beralt Tin & Wolfram, Panasqueira) et roumaine (CUPRUMIN S.A. Abrud, CNCAF Minvest Deva), partenaires du projet, seront analysés et plus précisément les éléments Cu, Mn, Zn, Mo (éléments majeurs non critiques), et W et Mg (métaux critiques).

Objectifs du stage :
Une thématique centrale du projet concerne l’analyse de la mobilité dans le déchet minier de plusieurs bactéries modèles candidates, seules ou en consortium, par une étude multi-échelle de transfert réactif, c’est-à-dire en petites colonnes de laboratoire, ce qui permet de cerner les mécanismes de transfert en milieu contrôlé, et dans des lysimètres de taille métrique - qui intègrent les conditions environnementales de façon plus réaliste. L’évaluation de l’effet de différents facteurs bio-physicochimiques sur la mobilité cellulaire tels que la concentration en bactéries, les propriétés de la solution percolante, les propriétés du matériau en colonnes… sera menée selon un plan d’expérience qu’il faudra optimiser, notamment en travaillant avec des matériaux plus simples tels que des sables naturels. Les essais en dynamique seront ainsi complétés pendant le stage par des essais en systèmes statiques simplifiés (essais en batch) permettant d’identifier les mécanismes impliqués dans la mobilité cellulaire (adhésion, floculation...).
L’étude expérimentale sera complétée, dans la mesure du possible, par une modélisation hydrogéochimique couplée, appliquée aux résultats des essais de transferts de bactéries, en colonnes. Cette modélisation contribuera à l’identification et à la quantification des mécanismes physicochimiques contrôlant la mobilité des cellules bactériennes. Ces résultats permettront par a suite d’optimiser le procédé de biolixiviation (dissout, particulaire, biosorbé, internalisé, …) et de le transposer à l’échelle du terrain envisagée in situ.

Déroulement et méthodologies/outils appliqués
La première partie du stage sera dédiée à une recherche bibliographique sur la mobilité des microorganismes dans l’environnement et la modélisation de ces processus hydro-bio-physicochimiques.
La seconde partie du stage sera dédiée à la mise en place des dispositifs expérimentaux constitués de colonnes instrumentées et de différents capteurs et systèmes de mise en circulation des fluides. Elle sera également dédiée à la mise en culture contrôlée de différentes souches bactériennes issues ou non des résidus miniers modèles et leur conditionnement pour les essais de biolixiviation. Cette étape nécessitera notamment de prendre en main les techniques d’énumération cellulaire bactérienne.
La troisième partie sera dédiée à l’étude du transfert de cellules bactériennes sous différentes conditions bio-physicochimiques contrôlées à définir selon le plan d’expérience adopté et selon les résultats de l’étude bibliographique. Le suivi des propriétés géochimiques des solutions dans les différentes conditions testées sera également mené dans cette étape, ce qui impliquera de prendre en main les outils d’analyse d’éléments inorganiques dissous.
Enfin, la dernière partie du stage sera consacrée à la modélisation du processus de transfert des cellules bactériennes en milieu poreux prenant en compte l’effet de l’ambiance géochimique dans un modèle couplé hydrogéochimique permettant de simuler l’ensemble des résultats de lixiviation obtenus.

Compétences souhaitées du/de la stagiaire
Compte tenu de l’aspect fortement multidisciplinaire du projet, le stage sera l’occasion de se former sur différents aspects théoriques et expérimentaux dans le domaine des transferts en milieux poreux, de la microbiologie et de la géochimie. Une expérience préalable dans un ou plusieurs des domaines suivants serait cependant souhaitable :

– Connaissances en chimie analytique (in)organique), biogéochimie et écotoxicologie des milieux naturels ou industriels et/ou
– Connaissances en modélisation des transferts en milieux poreux et/ou.
– Connaissances en techniques microbiologiques (bactériologie) et/ou.
– Connaissances en génie des procédés et dynamique des systèmes,
– Bon niveau d’anglais exigé (projet international)
– Facilité d’intégration dans un groupe pluridisciplinaire.

Calendrier prévisionnel
Le présent sujet concerne les étudiants en Master 2 ou équivalent. Aussi, la durée prévue du stage est de 6 mois avec un démarrage idéal en Janvier/février et une fin en Juin/juillet 2022.
Responsables de l’encadrement
Jean Martins (PhD, HDR), L. Oxarango (PhD, HDR) et L. Spadini (PhD).

Pour candidater : envoyer CV + Lettre de motivation à
Jean Martins, Lorenzo Spadini et Laurent Oxarango (IGE UMR 5001, Equipe HyDRIMZ)
jean.martins univ-grenoble-alpes.fr
lorenzo.spadini univ-grenoble-alpes.fr
laurent.oxarango univ-grenoble-alpes.fr