Soutenance de thèse de Sandy Ardo - 18 décembre 2014 à 14 h

IMPMC, Université P. et M. Curie, 4, Place Jussieu, 75005 Paris

Salle de conférence, 4^e étage, Tour 22-23, Salle 1

Dégradation oxydative d’une quinolone par la nano-magnétite via l’interaction Fe(II) / O2

Résumé

La magnétite, Fe3O4, est un oxyde de fer naturel à valence mixte Fe(II-III), qui sous sa forme nanométrique, a un fort potentiel d’applications technologiques dans des domaines allant de la biomédecine au traitement des eaux. Les nano-magnétites sont très efficaces pour l’adsorption ainsi que la réduction et l’oxydation de divers polluants environnementaux. Elles peuvent catalyser l’oxydation de type Fenton hétérogène induisant une dégradation efficace des polluants organiques et ceci dans un large domaine de pH. Cependant, les mécanismes impliqués restent mal connus.
L’objectif principal de cette étude est d’explorer la capacité de la nano-magnétite à catalyser des réactions radicalaires de type Fenton hétérogène sans ajout d’oxydants forts, mais en utilisant uniquement l’oxygène de l’air. Ces réactions pourraient par la suite constituer la base de nouveaux procédés de remédiation efficace et éco-compatible pour l’élimination des polluants organiques dans différents compartiments de l’environnement. L’acide nalidixique, un antibiotique appartenant à la famille des quinolones, a été utilisé comme contaminant modèle, car ce composé polaire et ionisable se révèle persistant dans l’environnement et récalcitrant aux traitements classiques.
Après synthèse de nano-magnétite offrant une surface spécifique élevée, la sorption de l’acide nalidixique sur ce support a été étudiée en conditions anoxiques et une adsorption supérieure à 98 % a été obtenue. En présence d’oxygène, cette sorption est suivie d’une transformation du contaminant modèle. Après désorption selon un protocole qui a été développé, un taux de dégradation d’environ 60 % a été évalué après seulement 30 minutes d’oxygénation, et 80% après 90 minutes. Cinq sous-produits de NAL ont été identifiés par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (UHPLC-MS/MS) et un schéma de dégradation a été proposé. L’analyse de la phase solide par la diffraction des rayons X et par spectroscopie d’absorption au seuil K du fer (XANES et EXAFS) démontre une oxydation significative de la magnétite en maghémite (jusqu’à 40 %). Complétés d’une part par le suivi de la teneur en Fe(II) dissous, et des expériences réalisées en présence d’un piège à radicaux hydroxyles, et d’autres part par l’interprétation des effets du pH et de son évolution lors de la réaction, ces résultats ont permis de proposer un mécanisme réactionnel qui implique la formation des espèces réactives d’oxygène suite à l’oxydation de la magnétite.
Les conclusions tirées des résultats expérimentaux prouvent les potentialités prometteuses des oxydes de fer mixte dans la remédiation des sols et eaux contaminés par des composés organiques.

Mot clés : magnétite, acide nalidixique, oxygène, Fenton hétérogène, oxydation.

Composition du jury

Fabien THOMAS, Directeur de recherche, CNRS, Rapporteur
Serge CHIRON, Directeur de recherche, IRD, Rapporteur
Xavier CARRIER  Professeur, UPMC, Examinateur
Marc CHEVREUIL, Directeur de recherche, EPHE, Examinateur
Guillaume MORI , Directeur de recherche, CNRS, Directeur de thèse
Sylvie NELIEU, Chargée de recherche, INRA, Co-directrice de thèse
Georges ONA-NGUEMA, Maître de Conférence, UPMC, Invité