Thèse Matériaux Biosourcés Avancés Issus de Ressources Agricoles pour une Gestion Circulaire de l'Eau dans le Cadre d'Une Aquaculture Durable H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut National Polytechnique de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCA - Laboratoire de Chimie Agro-industrielle Direction de la thèse : Philippe EVON ORCID 0000000287773000 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-16T23:59:59 L'aquaculture est devenue un élément essentiel de la sécurité alimentaire mondiale, le Vietnam s'imposant comme l'un des principaux producteurs de crevettes et espèces d'eau douce, tandis que la France joue un rôle important dans l'aquaculture tempérée, notamment pour la production de truites arc-en-ciel. Alors que ces deux pays adoptent de plus en plus les systèmes d'aquaculture en recirculation (RAS) pour réduire la consommation d'eau et améliorer le contrôle environnemental, garantir une qualité d'eau constante est devenu un enjeu technique majeur. Les environnements RAS accumulent généralement de la turbidité, des solides en suspension, des composés azotés, de la matière organique dissoute et des micro-organismes pathogènes, qui peuvent nuire à la santé des animaux, réduire la productivité et augmenter les coûts d'exploitation.
Les approches conventionnelles de traitement de l'eau ont tendance à être coûteuses, non renouvelables ou difficiles à intégrer dans des environnements aquacoles décentralisés. Ces limites sont particulièrement importantes pour les exploitations de petite et moyenne envergure au Vietnam et pour les environnements RAS à faible consommation d'énergie en Europe. En conséquence, on observe un intérêt croissant pour les matériaux issus de la biomasse agricole, qui sont biodégradables, disponibles localement et susceptibles d'être modifiés fonctionnellement, pour le traitement de l'eau.
Une lacune majeure de la recherche réside dans le développement de matériaux valorisant à la fois les fibres et les fractions de lignine issues d'une même source végétale fibreuse, permettant ainsi la création de composants complémentaires de filtration et de sorption. Si les fibres libériennes des végétaux ont été largement étudiées pour les textiles et les composites, leur potentiel en tant que substrats de filtration en aquaculture reste sous-exploré. De même, les fractions riches en lignine, souvent considérées comme des résidus de faible valeur, constituent une source sous-utilisée de biosorbants pour les polluants azotés et les matières organiques dissoutes. Enfin, le chitosane issu des déchets de transformation des crevettes offre la possibilité d'améliorer encore les performances fonctionnelles grâce à ses propriétés antimicrobiennes et de sorption.
Cette thèse de doctorat propose une approche originale consistant à produire des matériaux issus de plantes à fibres du Vietnam, à les déployer dans des environnements RAS tant tropicaux (crevettes) que tempérés (truite arc-en-ciel), et à intégrer la science des matériaux, la valorisation de la biomasse et l'ingénierie aquacole. En passant d'expériences à l'échelle du laboratoire à des systèmes pilotes, puis à une validation en bassins réels, le projet vise à générer des solutions de traitement de l'eau pratiques, circulaires et écologiquement durables, adaptées aux exploitations aquacoles, tant au Vietnam qu'en France.
La recherche sera menée progressivement, depuis les expériences à l'échelle du laboratoire jusqu'aux systèmes pilotes, puis enfin aux bassins RAS en exploitation au Vietnam et en France. Elle comprend trois objectifs principaux :
- La caractérisation des plantes vietnamiennes sélectionnées, en mettant l'accent à la fois sur les fibres extraites et les fractions ligneuses. Une étude sera menée pour examiner la variabilité de ces caractéristiques en fonction de la localisation de la plante au Vietnam et de sa période de récolte.
- L'extraction mécanique des fibres, où les fibres seront ensuite transformées en non-tissés, voire en fils et en textiles ; la durée de rouissage, les techniques d'extraction ainsi que les étapes de raffinage seront optimisées afin d'améliorer les propriétés mécaniques des fibres tout en réduisant l'apparition de défauts le long des fibres lors de leur extraction.
- Le développement et l'intégration de matériaux biosourcés issus de fibres végétales et de chitosane pour la filtration et le traitement des eaux d'aquaculture. Lignocellulosic fibres from biomass are primarily composed of cellulose, hemicelluloses, and lignins, with variations in cellulose crystallinity, microfibrillar angle, and lignin content affecting mechanical strength, surface chemistry, and biodegradability. Efficient valorisation of both fractions in fibre plants is critical for producing integrated materials: cellulosic bast fibres can serve as textile-based filters, while lignin-rich shives can be converted into sorbents suitable for water treatment applications. Various physical, chemical, and green extraction methods influence the fibre quality and lignin yield. Following fibre removal, which is generally conducted through (dew) retting followed by mechanical extraction, shives can be processed for lignin extraction using mild chemical treatments to maximise sorption potential. Optimising these steps ensures both high-performance fibres and bio-sorbents from the same plant source. Cellulose-based textiles, and lignin-derived powders have shown effectiveness in removing turbidity, suspended solids, heavy metals, and organic pollutants from water in aquaculture farms. Previous studies have demonstrated that plant fibres can effectively remove heavy metals, including Pb(II), Cu(II) and Zn(II), from aqueous solutions through batch biosorption. Functionalisation of plant fibres with chitosan can further impart tunable sorption properties together with strong antimicrobial activity. Chitosan derived from shrimp-processing waste is particularly attractive in this context, combining waste valorisation with demonstrated metal-binding and antimicrobial properties. Moreover, the effectiveness of chitosan for removing suspended solids, nutrients, organic matter and pathogenic bacteria from aquaculture effluents supports the development of plant fibre-chitosan biocomposites as multifunctional materials for circular aquaculture water treatment and reuse.
This research is original in its approach to producing fully Vietnamese, plant-derived materials, deploying them in both tropical (shrimp) and temperate (rainbow trout) Recirculating Aquaculture Systems (RAS), and integrating materials science, biomass valorisation, and aquaculture engineering. By progressing from laboratory-scale experiments to pilot systems and full-pond validation, the project aims to generate practical, circular, and environmentally sustainable water-treatment solutions tailored to real-world aquaculture operations in Vietnam and France.

Formation recherchée : Master en Sciences des Matériaux ou en Sciences des Agroressources
Connaissance des machines industrielles de l'industrie textile
Connaissance des analyses de composition chimique et autres techniques analytiques (DSC, DMTA, DVS, ATG, tests mécaniques, etc.) en lien avec les biomasses, les plantes à fibres en particulier
Compétences comportementales souhaitées : dynamisme, rigueur, autonomie, ouverture d'esprit, doté d'une bonne capacité d'analyse et de synthèse

• Dynamisme
• Autonomie
• Esprit d'analyse
• Chimie