Soutenance mémoire
L’anthropisation croissante du dernier siècle a conduit à l’émission, dans l’environnement aquatique, d’un grand nombre de contaminants chimiques de nature et d’origine diverses urbaine, industrielle ou agricole [1,2]. Les nouvelles normes sur l’eau qui visent à atteindre un bon état écologique et chimique des eaux de surface et souterraines, ont défini une liste de 41 substances prioritaires afin d’évaluer la qualité chimique des milieux [3,4]. S’il est nécessaire et indispensable de définir un cadre d’application de la surveillance chimique, ce nombre apparaît très faible au regard des milliers de molécules potentiellement dangereuses présentes dans les systèmes aquatiques. Ces polluants incluent entre autre des pesticides, des herbicides, des composés pharmaceutiques et des produits cosmétiques. Parmi ces substances, nombreuses sont celles qualifiées de perturbateurs endocriniens (PE) de par leur capacité à altérer le développement, la reproduction et l’homéostasie des organismes exposés à travers de multiples mécanismes d’action [5].
Généralement, les eaux résiduaires industrielles sont traitées avant l’évacuation à l’aide d’une chaîne de traitement primaire, secondaire et parfois tertiaire. La majorité des techniques de traitement avancées utilisées pour l’élimination des polluants organiques solubles dans ces eaux sont basées sur l’adsorption sur charbon actif, l’osmose inverse et la nanofiltration, l’oxydation chimique, biologique et les technologies d’oxydation avancées. Quelques une de ces méthodes possèdent des capacités d’élimination limitées et d’autres ont des coûts d’investissement très élevés, ce qui rend leurs utilisations inadéquates [6]. Le procédé de séparation par membrane liquide émulsionnée (MLE) est une technique avancée permettant de répondre à cet objectif. Ce nouveau procédé membranaire est basé sur le transfert de matière à travers une membrane liquide qui possède les caractéristiques d’un solvant d’extraction. C’est une méthode prometteuse pour la séparation et la purification des systèmes complexes, ainsi que la récupération et la concentration de polluant présent à faibles concentrations [7]. L’extraction par MLE couvre de nombreuses études dans différents domaines tels que l’hydrométallurgie, le génie des procédés, la chimie inorganique, la chimie analytique, la physiologie, la biotechnologie et le génie biomédical.
LES NITROPHENOLS DANS L’ENVIRONNEMENT
GENERALITES
Les nitrophénols sont utilisés comme intermédiaires dans la synthèse d’un certain nombre d’insecticides organophosphorés et de composés à usage médical [1]. Ces composés sont souvent mutagènes et toxiques pour plusieurs formes de vie. L’exposition aux nitrophénols peut causer des effets néfastes aux algues et aux organismes aquatiques. La biodégradation de ces composés n’empêche pas leur accumulation dans le sol et les eaux souterraines pendant les mois d’hiver, qui peuvent endommager le développement des plantes pendant le printemps [2]. Parmi les mononitrophénols, le para-nitrophénol (p-NP), aussi connu sous le nom de 4- nitrophénol (4-NP), est le plus commun et le plus important polluant de l’environnement en termes de quantités produites. Il rentre dans la fabrication des herbicides, fongicides, matières explosives, teintures. C’est un produit de dégradation des produits pharmaceutiques et des résines [3].
LE 4-NITROPHENOL
Définition
Le 4-NP est un composé phénolique qui comporte un groupe nitro à l’opposé du groupe hydroxyle sur le cycle benzylique. Sa formule moléculaire est C6H5NO3 .
Le 4-nitrophénol est l’une des substances les plus réfractaires présentes dans les eaux usées industrielles en raison de leur grande stabilité et solubilité. Il est impliqué dans la synthèse de nombreux produits et apparaît également comme un intermédiaire dans la dégradation de nombreux produits chimiques tels que le parathion et le méthyl-parathion [4].
Utilisation et Toxicité
Le 4-nitrophénol est utilisé dans la production des pesticides, des insecticides et des herbicides. Il rentre dans la fabrication de nombreux colorants synthétiques, des teintures et des textiles [5]. En raison de sa toxicité élevée, le 4-nitrophénol est classé dans la liste des polluants prioritaires par l’agence américaine de la protection de l’environnement [6]. Il peut causer des dommages importants à la santé humaine (la méthémoglobinémie).
LES SUBSTANCES PHARMACEUTIQUES DANS L’ENVIRONNEMENT
GÉNÉRALITÉS
Les substances pharmaceutiques font partie du groupe des contaminants émergents du fait de leur intérêt récent dans les études environnementales comparativement à des polluants étudiés depuis plus longtemps. Elles correspondent aux principes actifs des médicaments et, à ce titre, sont responsables des propriétés pharmacologiques des médicaments. Ce sont donc des molécules biologiquement actives qui peuvent agir sur les organismes vivants présents dans les écosystèmes impactés [7].
Les substances pharmaceutiques qui sont désormais couramment retrouvées dans les écosystèmes aquatiques suite à leurs usages dans le domaine de l’élevage, ou après prescription aux malades sont regroupées en plusieurs classes elles-mêmes regroupant une large gamme de familles chimiques ainsi que des métabolites de dégradation produits par l’homme ou dans l’environnement [8].
Les molécules, leurs usages et spécificités
Le dictionnaire Vidal 2010 répertorie 5000 médicaments. L’AFSSA recense 3000 molécules pharmaceutiques à usage humain et 300 à usage vétérinaire. Il existe donc un très grand nombre de molécules pharmaceutiques. Elles peuvent être classées selon différents critères : leur mode d’action, leur indication thérapeutique ou leur structure chimique. Depuis 1976, l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) les classe selon la classification ATC (Anatomique, Thérapeutique, Chimique) [7]. Dans le système ATC, les molécules pharmaceutiques sont réparties selon l’organe sur lequel elles agissent et/ou leurs caractéristiques thérapeutiques et chimiques, au sein desquelles plusieurs familles chimiques peuvent être représentées. Ces contaminants souvent qualifiés d’émergents suscitent de plus en plus d’interrogations pour les instances publiques visant alors à contrôler et mieux connaître les rejets dans l’environnement.
Sources et transfert des substances pharmaceutiques
L’origine des substances pharmaceutiques dans l’environnement est variable mais les principales sources sont liées à leur utilisation en médecine humaine ou vétérinaire (Figure I.2). Une fois consommées, les molécules pharmaceutiques sont excrétées dans les urines ou les selles et se retrouvent dans les eaux usées (consommation humaine) ou dans les déchets d’élevage (consommation vétérinaire). Dans le premier cas, elles peuvent être rejetées directement dans le milieu, ou indirectement, avec les eaux usées traitées ou les boues résiduaires, après traitement dans les stations d’épuration (STEP). Les rejets de STEP concernent à la fois les effluents urbains et hospitaliers. Il est à noter que les effluents hospitaliers peuvent être significativement plus contaminés que les effluents urbains en particulier par les antibiotiques [9]. Les effluents hospitaliers peuvent aussi être marqués par des molécules très concentrées dont l’usage est spécifiquement réservé aux établissements de soin telles que certains analgésiques très puissants [10]. D’autre part, les rejets issus de l’élevage et des applications vétérinaires peuvent aussi contribuer de manière importante aux intrants de substances médicamenteuses dans le milieu.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. INTRODUCTION
I.2. LES NITROPHENOLS DANS L’ENVIRONNEMENT
I.2.1 Généralités
I.2.2. Le 4-Nitrophénol
I.2.2.1. Définition
I.2.2.2. Utilisation et Toxicité
I.3. LES SUBSTANCES PHARMACEUTIQUES DANS L’ENVIRONNEMENT
I.3.1. Généralités
I.3.1.2. Les molécules, leurs usages et spécificités
I.3.1.3. Sources et transfert des substances pharmaceutiques
I.3.1.4. Toxicité et écotoxicité
I.3.1.5. Traitement des eaux contaminées par les substances pharmaceutiques
I.3.2. Acétaminophène
I.3.2.1. Définition
I.3.2.2. Utilisation et toxicité
I.4. PERTURBATEURS ENDOCRINIENS
I.4.1. Généralités
I.4.1.1. Définition
I.4.1.2. Substances et origines
I.4.1.3. Mécanismes d’action des perturbateurs endocriniens
I.4.2. Parabènes
I.4.2.1. Propriétés physico‐chimiques des parabènes
I.4.2.2. Sources et utilisations
I.4.2.3. Toxicité des parabènes
I.5. TRAITEMENT AVANCE DES EAUX RESIDUAIRES INDUSTRIELLES
I.5.1. Adsorption
I.5.2. Extraction liquide-liquide
I.5.3. Techniques de séparation membranaire
I.5.4. Procédés d’oxydation avancés
I.6. MEMBRANES LIQUIDES (ML)
I.6.1. Généralités
I.6.1.1. Comparaison entre l’extraction par ML et les techniques de séparation classiques
I.6.1.1.1.Comparaison avec la séparation par membranes solides
I.6.1.1.2.Comparaison avec la séparation par extraction liquide-liquide
I.6.1.2. Mécanismes de transport dans les ML
I.6.1.3. Application des membranes liquides
I.6.2. Membrane liquide émulsionnée
I.6.2.1. Mécanisme du transport dans les membranes liquides
I.6.2.2. Avantages et inconvénient des MLE
I.6.3. Procédés d’extraction par membrane liquide émulsionnée
I.6.4. Composition et fabrication des MLE
I.6.4.1. Composition des émulsions
I.6.4.1.1.Tensioactif
I.6.4.1.1.a. Définition
I.6.4.1.1.b. Types de tensioactifs
I.6.4.1.1.c.Effet du tensioactif
I.6.4.1.1.d. Critère de choix des tensioactifs
I.6.4.1.2. Extractant
I.6.4.1.3. Diluant
I.6.4.1.4. Phase interne
I.6.4.2. Formation des émulsions
I.6.4.2.1. Procédés d’émulsification
I.6.4.2.2. Extraction et séparation des émulsions
I.6.4.3. Désémulsification
I.6.4.3.1. Procédés thermiques
I.6.4.3.2. Procédés physico-chimiques
I.6.4.3.3. Procédés membranaires
I.6.4.3.4. Procédés électriques
I.6.4.3.5. Procédés acoustiques
I.7. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE II : EXTRACTION DU 4-NITROPHENOL PAR MEMBRANE LIQUIDE EMULSIONNEE
INTRODUCTION
MATERIEL ET METHODES
Réactifs et matériel
Tensioactif (Span 80)
Diluants
Polluants
Autres réactifs
Homogénéiseur-disperseur
Procédure expérimentale
Préparation et stabilité de l’émulsion
Extraction et désextraction du polluant
RESULTATS ET DISCUSSION
Etude de la stabilité de l’émulsion
II.4. EXTRACTION DU 4-NITROPHENOL
Mécanisme d’extraction
II.4.2. Effet de la concentration en agent tensio-actif
Effet du temps d’émulsification
Effet de la concentration de la phase externe
Effet du type d’acide dans la phase externe
Effet de la concentration de la phase interne
Effet du type de la phase interne
Effet de la vitesse d’agitation
Effet du rapport volumique de la phase interne sur la phase organique
Effet du rapport de traitement (émulsion/phase externe)
Effet de la concentration initiale de 4-NP
Effet du diluant
Extraction de l’Aniline
II.4.14. Effet de la concentration de la phase interne sur l’efficacité de désextraction
Recyclage de la membrane organique
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE III : EXTRACTION DE L’ACETAMINOPHENE PAR MEMBRANE LIQUIDE EMULSIONNEE
III.1. INTRODUCTION
III.2. MATERIEL ET METHODES
III.2.1. Réactifs
III.2.2. Préparation de l’émulsion E/H
III.2.3. Extraction de l’ACTP
III.3. RESULTATS ET DISCUSSION
III.3.1. Mécanisme d’extraction
III.3.2. Effet de la concentration du tensioactif
III.3.3. Effet de la concentration de l’extractant
III.3.4. Effet du temps d’émulsification
III.3.5. Effet de la concentration de l’acide dans la phase externe
III.3.6. Effet du type d’acide dans la phase externe
III.3.7. Effet de la concentration de la phase interne
III.3.8. Effet du type de la phase interne
III.3.9. Effet de la vitesse d’agitation
III.3.10. Effet du rapport volumique de la phase interne sur la phase organique
III.3.11. Effet du rapport de traitement (émulsion/ phase externe)
III.3.12. Effet du diluant
III.3.13. Effet de la concentration d’ACTP dans la phase externe
III.3.14. Extraction dans des matrices réelles
III.3.15. Effet de la concentration de la phase interne sur l’efficacité de désextraction
III.3.16. Recyclage de la membrane
III.4. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE IV : EXTRACTION DE PROPYLPARABENE PAR MEMBRANE LIQUIDE EMULSIONNEE
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. MATERIEL ET METHODES
IV.2.1. Réactifs
IV.2.2. Extraction et désextraction
IV.3. RESULTATS ET DISCUSSION
IV.3.1. Mécanisme d’extraction
IV.3.2. Effet de la concentration du tensioactif
IV.3.3. Effet de la concentration de l’extractant
IV.3.4. Effet du temps d’émulsification
IV.3.5. Effet de la concentration de sel dans la phase externe
IV.3.6. Effet du type de sel dans la phase externe
IV.3.7. Effet de la concentration de la phase interne
IV.3.8 Effet du type de phase interne
IV.3.9. Effet de la vitesse d’agitation
IV.3.10. Effet du rapport volumique de la phase interne sur la phase organique
IV.3.11. Effet du rapport de traitement (émulsion/externe)
IV.3.12. Effet du type de diluant
IV.3.13. Effet de la concentration initiale de PP
IV.3.14. Extraction dans des matrices réelles
IV.3.15. Effet de la concentration de la phase interne sur l’efficacité de désextraction
III.3.16. Recyclage de la membrane
IV.4. CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CONCLUSION GENERALE
