Vieillissement des biochars dans les sols : Caractérisation des propriétés poreuses et de surface

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Vieillissement des biochars dans les sols : Caractérisation des propriétés poreuses et de surface

Le biochar, résidu solide de la pyrolyse de la biomasse, est considéré comme une technologie d’émission négative ; une fois amendé au sol, sa teneur élevée en carbone lui permet d’accroître durablement les stocks de carbone dans le sol. L’apport de biochar peut également être bénéfique pour les propriétés agronomiques de certains sols, notamment en ce qui concerne la rétention en eau, lié à sa grande porosité, et l’adsorption en nutriments, grâce à ses propriétés de surface. Des études ont mis en évidence une évolution de ces propriétés au cours du temps, mais les mécanismes sous-jacents à ces changements demeurent encore mal compris. Par ailleurs, le biochar est souvent co-amendé avec un autre produit organique, tel que du compost, afin de combiner le potentiel de stockage du carbone du biochar, avec l’apport en nutriments et en carbone plus labile de l’autre produit organique.

Le stage permettra d’étudier la présence d’une interaction entre biochar et compost sur les modifications de la porosité et des propriétés de surface des biochars liées au vieillissement.

Description du stage

Le stage consistera à réaliser un panel d’analyses expérimentales sur des particules de biochar ayant été mélangés ou non avec du compost, et enfouies ou non pendant un an dans une parcelle agricole en France.

D’une part, une investigation sera réalisée quant à la modification de la porosité aux multiples échelles et notamment l’obstruction de celle-ci par les coatings naturellement formés. Les techniques suivantes seront alors mises en oeuvre : physisorption d’azote, porosimètrie au mercure, tomographie à rayons X, ainsi que microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (TEM).

D’autre part, la composition de ces coatings sera examinée via l’analyse thermogravimétrique (ATG), la spectroscopie infrarouge à transformation de Fournier (FTIR) et la spectrométrie photoélectronique X (XPS). Une première étape consistera à évaluer la faisabilité de ces techniques sur plusieurs biochars issus de biomasses différentes. Puis l’effet de l’altération après plusieurs mois d’enfouissement au sol sera étudié pour deux de ces biochars.

Ce stage constitue une bonne opportunité de formation quant à diverses techniques analytiques de routine mais également de pointe.

Profil recherché :

Compétences en chimie analytique, idéalement avec expérience en laboratoire

• Appétence pour la science du sol

Lieu : IFP Energies nouvelles (Direction physique et analyse), Autoroute A7, Rd point de l’échangeur de Solaize, BP3, 69360 SOLAIZE

CV et lettre de motivation à envoyer aux encadrants du stage : Dina LOFFICIAL, Maxime PELERIN et Marie-Liesse AUBERTIN 

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Biochar ageing in soils: Characterization of porous and surface properties

Background
Le biochar, a solid residue produced by biomass pyrolysis, is considered a negative-emissions technology. When applied to soil as an amendment, its high carbon content enables it to durably increase soil carbon stocks. Biochar application can also improve the agronomic properties of certain soils, particularly water retention, due to its high porosity, and nutrient adsorption, owing to its surface properties. Studies have highlighted changes in these properties over time, but the underlying mechanisms remain poorly understood. Furthermore, biochar is often co-applied with another organic amendment, such as compost, to combine biochar’s carbon storage potential with the nutrient supply and more labile carbon provided by the other organic material. This internship will investigate whether interactions between biochar and compost influence the ageing-related changes in biochar porosity and surface properties.

Internship description
The internship will involve carrying out a range of experimental analyses on biochar particles that have either been mixed with compost or left unamended, and either buried for one year in an agricultural field in France or kept unburied as controls. First, changes in porosity across multiple length scales will be investigated, with particular emphasis on pore blockage caused by naturally formed coatings. The following techniques will be employed: nitrogen physisorption, mercury intrusion porosimetry, X-ray tomography, as well as scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Second, the composition of these coatings will be investigated using thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
The first stage of the internship will assess the feasibility of applying these techniques to several biochars produced from different types of biomass. Subsequently, the effects of ageing following several months of soil burial will be investigated for two of these biochars.

This internship offers an excellent opportunity to gain hands-on experience with a range of analytical techniques, including both routine methods and advanced characterization techniques.

Required profile:
- Background in analytical chemistry , ideally with labpratory experience
- Interest in soil science

Location : IFP Energies nouvelles (Direction physique et analyse), Autoroute A7, Rd point de l’échangeur de Solaize, BP3, 69360 SOLAIZE, France

Application: Please send your CV and cover letter to the internship supervisors.

Supervisors : Dina LOFFICIAL, Maxime PELERIN et Marie-Liesse AUBERTIN 

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