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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Fractionnement des AgroRessources et Environnement INRA / URCA

Fractionnement des Agroressources et Environnement

Unité Mixte de Recherche Inra/URCA

PhD position in Physical Chemistry

PhD position in Physical Chemistry
FARE lab has an open PhD position in Multi-scale Modelling of Steam Explosion Pre-Treatment of Biomass in partnership with Biotechnology Chair of CentraleSupélec.

Context

The transformation of lignocellulosic biomass (LB) to produce chemicals, materials and biofuels through the implementation of biorefineries is in expansion. Indeed, this resource, which can be derived from agricultural or forestry residues or dedicated crops, is seen as a way to limit our dependence on fossil carbon and thus limit greenhouse gas emissions, which will benefit to the quality of our environment and increase our energy autonomy. Moreover, LB does not compete directly with the cultures dedicated to food & feed.

The difficulty in valorising LB lies in its chemical and physical complexity. The major polymers of interest (cellulose, hemicelluloses, lignins) are indeed variable in their composition and form a complex three-dimensional network.

In order to facilitate the accessibility, progression and action of catalysts (especially enzymatic catalysts) in the lignocellulosic matrix, a physico-chemical pre-treatment step of the LB is necessary. Given the importance of the pre-treatment step in the biorefinery, and its still high cost, it is essential to understand the transformations that takes place at different scales during this step, both chemically and structurally. With recent advances in imaging tools and a unique prototype developed in one of the host teams, it is becoming feasible to perform a fine, multi-scale analysis of the BL architecture during pre-processing.

Thesis project objective

The MODELEX project aims to develop combinations of physico-chemical, biochemical, microscopic and mechanical characterization of the LB before, during and after pre-treatment by steam explosion. All the data collected should make it possible to propose a predictive model of the LB reaction behaviour as a function of its initial properties. The goal is to modulate the pre-treatment conditions in relation to the nature of the LB and the subsequent stages of its transformation.

The project will be carried out in three main steps. Firstly, different samples of LB of industrial interest will be selected and then pre-treated by steam explosion, under conditions of varying severity, in order to have a panel of contrasted samples before, during (in situ rheological measurements) and after pre-treatment. Secondly, the expertise of the two laboratories involved in this project will allow a fine characterization of these samples in terms of chemical composition, structure at the micro- and macroscopic scales, and mechanical properties. Finally, all the information obtained will be used to feed a model of the alteration dynamics during treatment, which will help to adapt the pre-treatment conditions to the properties of the BL.

This PhD thesis project will be carried out under the joint supervision of the FARE laboratory in Reims and the CentraleSupélec Biotechnology Chair in Pomacle near Reims (the PhD student will share his/her time between the two laboratories). These laboratories have been working for several years on the pre-treatment of LB and its aptitude for biotechnological transformations with advanced and complementary tools and approaches in microscopy, spectroscopy, biochemistry and physico-chemistry. In particular, they participated together in the FUTUROL project (2009-2017) for the production of biofuels. The PhD thesis project is therefore based on a recognized and unique expertise in France, which is a real opportunity for the PhD student to complete a high-level PhD thesis while developing a network and excellent skills.

Keywords: lignocellulose, biomass, pre-treatment, steam explosion, modelling

Training and required skills

The PhD thesis project is by nature multidisciplinary. The candidate will have graduated from a Master or equivalent, and will have received training in disciplines related to the subject: physical chemistry of biopolymers, biopolymer analysis techniques, rheology, modelling. Theoretical and practical knowledge of tools for manipulating and integrating heterogeneous data will be appreciated.

Rigour and organization, listening, ability to work in a team and interact with several people and to integrate quickly in a research group are skills needed to carry out the thesis work in the best conditions.

Address of the host laboratories

Laboratoire FARE INRAE/URCA, 2 esplanade Roland Garros, 51100 Reims, https://www6.nancy.inra.fr/fare/

Chaire Biotechnologie CentraleSupélec, CEBB, 3 rue des Terres Rouges, 51110 Pomacle, http://www.chaire-biotechnologie.centralesupelec.fr

Duration of the contract: 36 months from October 2020

Salary: ca. 1500 € net/month

To apply

Applicants should send a letter of motivation and a detailed CV, including the contact details of at least two academic referees to supervisors before the 15th of June 2020:

Dr Gabriel Paës, gabriel.paes@inrae.fr, + 33 326 77 3625

Pr Patrick Perré, patrick.perre@centralesupelec.fr, + 33 352 620 501

Reference: 2020-MODELEX