Description du projet
Niveau élevé: les gaz d’échappement générés par la production de fer et d’acier contiennent des quantités importantes de monoxyde de carbone (CO), de dioxyde de carbone (CO2) et, en plus petite quantité, d’hydrogène (H2). La fermentation microbienne de ces effluents gazeux pour produire du gaz naturel renouvelable (GNR) par biométhanisation, ou du gaz de synthèse enrichi en H2 par la réaction water gas shift (WGS), peut considérablement atténuer les émissions de CO2 de cette industrie, tout en fournissant simultanément de l’énergie et des agents réducteurs qui peuvent être réincorporés directement dans le processus, mettant en œuvre la circularité du carbone dans le processus. Nous proposons des évaluations complètes sur 3 bioprocédés pour valoriser les effluents gazeux de l’industrie sidérurgique à l’aide de réacteurs à lit ruisselant (trickled bed reactor ou TBR) de petite et moyenne échelle: la biométhanisation mésophile, la biométhanisation thermophile et la réaction WGS thermophile pour produire du H2 avec des souches pures. Ces évaluations comprennent l’optimisation des processus, la modélisation, des études métagénomiques, la conception des réacteurs, la mise à l’échelle et les tests de gaz réels. Ces recherches permettront d’améliorer les taux de conversion et l’efficacité volumétrique de ces procédés, ce qui facilitera leur adoption industrielle. La technologie proposée peut offrir d’excellents rendements économiques, soit des méthodes efficaces et propres qui dépassent les performances des méthodes de traitement thermochimiques actuelles.
Objectifs spécifiques du projet de maîtrise
Un outil métagénomique doit être développé pour aider l’équipe dans le processus d’optimisation. Cet outil nous donnera des informations cruciales sur l’évolution de la population et les voies métaboliques empruntées. Tout au long du projet, des analyses de communautés microbiennes seront menées à travers une approche métagénomique sur les populations microbiennes. Une telle approche permettra non seulement de caractériser et de surveiller à la fois les populations bactériennes et archées présentes dans les réacteurs, mais elle nous permettra également de déterminer le potentiel métabolique de ces populations et comment il pourrait être modulé par les paramètres opérationnels appliqués aux TBR.
Dans un premier temps, la composition et l’évolution des communautés microbiennes seront déterminées en extrayant les informations phylogénétiques des données métagénomiques collectées à partir d’échantillons prélevés tout au long de chaque processus. Cela permettra de déterminer la population initiale (inoculum) des réacteurs, et de mettre en évidence les microorganismes, ou groupes de microorganismes, stimulés/sélectionnés par les conditions appliquées. Des marqueurs microbiologiques de performance liés à une production optimale de CH4 pourront ainsi être identifiés. De plus, la reconstruction par bio-informatique des voies métaboliques conduisant à la production de CH4 ou de H2 sera effectuée en utilisant les mêmes données métagénomiques. Cela nous permettra de comprendre quelles fonctions biologiques et voies métaboliques sont préférentiellement utilisées dans les conditions appliquées et éventuellement d’identifier les conditions stimulantes/inhibitrices de ces voies.
Dans un second temps, la même approche métagénomique sera appliquée aux TBR inoculés avec des populations microbiennes, mais avec une attention particulière sur les impacts d’une stratégie de biostimulation sur la dynamique des populations microbiennes en fonction des zones du TBR. Cela générera une meilleure compréhension de la variabilité spatiale (sur le plan des fonctions et de la composition) des communautés microbiennes au sein des TBR, et nous permettra de concevoir une stratégie de biostimulation optimisée. Cela nous permettra de savoir comment conduire la biostimulation vers des processus optimisés, par plusieurs paramètres comme les compositions des gaz primaires (CO, H2, CH4, N2, CO2) et secondaires (contaminants), l’interaction des matériaux de support, les nutriments, etc. Une analyse pour chacune des zones dans les réacteurs sera également mise en œuvre, car les populations de TBR ne sont pas homogènes et dépendent du profil de consommation/production des substrats et produits à travers le lit du réacteur.
Domaines de recherche
Microbiologie, biologie moléculaire, bio-informatique
Date de début
Poste disponible
Direction de recherche
Philippe Constant (Professeur, INRS) et Charles-David Dubé (Chargé de recherche, CNRC ; Professeur associé, INRS)
Financement
L’étudiant recevra un soutien financier
Programme d’études
Maîtrise en microbiologie appliquée
Admissibilité
Détenir un baccalauréat ou l’équivalent en microbiologie, biologie, biochimie, biologie moléculaire, bio-informatique ou autres domaines connexes, présenter un dossier scolaire avec une moyenne cumulative d’au moins 3,0 (sur 4,3) ou l’équivalent, ou avoir les connaissances requises, une formation appropriée et une expérience jugée pertinente. Une connaissance suffisante du français avant de commencer l’école est requise.
Lieu
Conseil national de recherches du Canada
6100, avenue Royalmount
Montréal, QC H4P 2R2
Questions sur le projet
Charles-David Dubé (Charles-David.Dube@nrc.ca)
Soumission d’une candidature
Les candidats intéressés doivent utiliser le formulaire ci-dessous pour soumettre une candidature en incluant, une lettre de motivation, un CV complet, ainsi que les coordonnées de deux personnes pouvant être contactées pour fournir des recommandations.