Piles à combustible microbiennes pour la production d'électricité couplée au traitement des eaux de l'industrie papetière

Microbial Fuel Cell for electricity production and water treatment of paper industry

• Auteur / Autrice : Françoise Ketep
• Direction : Alain Bergel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 09/11/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CNRS Toulouse
• Jury : Président / Présidente : Gérard Merlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bergel, Eric Fourest, Wafa Achouak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jack Legrand, Matthieu Sperandio

Mots clés

Mots clés libres

Pile à combustible microbienne

Effluent papetier

Biofilm électro-actif

Bioanode

Système bio-électrochimique

Microbial fuel cell

Pulp and paper effluent

Electro-active biofilms

Bioanode

Bioelecrtochemical system

Résumé

L’objectif de la thèse est d’évaluer la faisabilité de la technologie de pile à combustible microbienne pour la production d’électricité couplée au traitement d’effluents de l’industrie papetière. La première partie du travail montre que de nombreux effluents papetiers permettent de former des biofilms anodiques efficaces. Lorsque les effluents sont complémentés en acétate et l’anode polarisée à -0,3V/ECS des densités de courant de 12 A/m² et des rendements faradiques de 90% ont été obtenus. Lorsque les effluents sont utilisés comme seuls substrats, les densités de courant atteignent 6 A/m² et les rendements faradiques 30%, avec des abattements de DCO jusqu’à 50%. Les biofilms anodiques optimaux ont été associées à des cathodes à air abiotiques pour concevoir des piles complètes. Des puissances surfaciques de 294 mW/m² à 596 mW/m² ont été obtenues avec deux effluents différents.

The objective of this thesis was to assess the feasibility of the microbial fuel cell technology for the production of electrical energy coupled with the treatment of pulp and paper effluents. The first part of work showed that various pulp and paper effluents are suitable to form efficient anodic biofilms. When the effluent was supplemented with acetate and the anode polarized between at -0.3 V/SCE, current densities of 12 A/m² and Coulombic efficiencies up to 90% were obtained. When effluents were provided as the sole substrate, current densities reached 6 A/m² and Coulombic efficiencies 30%, with COD removal around 50%. The optimal anodic biofilms were associated with associated with abiotic air cathodes to design complete microbial fuel cells. Power densities from 294 mW/m² to 596 mW/m² were obtained with two different effluents.