Rôle d’un agent complexant du fer lors de l’activation de différents peroxydes par la pyrite – Application pour l’oxydation de polluants organiques

Le laboratoire de recherche Géomatériaux et Environnement (LGE) de l'Université Paris-Est Marne la Vallée est un laboratoire reconnu  par le Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche (EA 4508) et regroupe 15 enseignant-chercheurs, 3 ingénieurs de recherche et une responsable administrative.

Les activités du laboratoire sont divisées en deux axes. Le premier axe concerne l’étude des interactions entre les polluants et l’eau et/ou les sols. Le deuxième axe concerne l’étude de la formation et de l’évolution de géomatériaux d’intérêt géologique, patrimonial et environnemental.

Les systèmes actuels de traitement des eaux usées municipales ne sont pas une barrière suffisante face aux micropolluants émergents tels que les résidus pharmaceutiques. La réglementation européenne est actuellement en cours d’évolution pour imposer dans les prochaines années le traitement de certains de ces micropolluants au niveau des stations d’épuration municipales. De nombreuses activités industrielles génèrent par ailleurs des effluents contenant des substances organiques réfractaires au traitement par des procédés conventionnels ; cela représente un enjeu important vis-à-vis des stratégies de réindustrialisation de certains territoires. Le développement de procédés d’oxydation représente une potentielle solution d’élimination de ces polluants organiques, sans génération d’un déchet secondaire (charbon actif usagé, concentrats de procédés membranaires). Le procédé UV/H₂O₂ ou l’ozonation sont des exemples de procédés d’oxydation matures. Ils présentent cependant certains inconvénients, liés par exemple à leur mise en œuvre (sécurité, manipulation, maintenance), à la difficulté d’éliminer certaines molécules, à leur domaine d’application ou encore à la formation de sous-produits d’oxydation indésirables. Dans le cadre de ce projet, nous nous intéressons à la comparaison de l’activation de trois peroxydes (peroxymonosulfates, peroxodisulfates, peroxyde d’hydrogène) par un géomatériau naturel, la pyrite (FeS₂). Le phénomène d’activation consiste à décomposer les peroxydes en molécules présentant un pouvoir oxydant plus important pour l’élimination des polluants organiques. Les études réalisées jusqu’à présent ont permis de démontrer (i) le rôle des réactions à la surface de la pyrite pour améliorer les cinétiques d’activation de ces peroxydes, et (ii) le rôle crucial du pH ainsi que la présence de fer dissous en solution. En s’inspirant des méthodes utilisées pour l’activation du peroxyde d’hydrogène en phase homogène exclusivement (en présence d’ions Fe²⁺), l’objectif est d’étudier le rôle de l’ajout d’un agent complexant du fer pour favoriser la cinétique d’activation de ces peroxydes en présence de pyrite, à pH naturel (6,5 – 8). Le rôle de ces agents complexants est d’améliorer la solubilité du fer dans cette gamme de pH. Cependant, les phénomènes de complexation ouvrent également tout une série de question concernant la réactivité de ces complexes dans ce type de système.

Objectifs du stage :

Ce stage propose de développer une approche expérimentale afin de mieux comprendre le rôle de ces agents complexants dans un système en présence de différents peroxydes et de la pyrite. Pour cela, les cinétiques de décomposition des différents peroxydes ainsi que les cinétiques de dégradation de molécules modèles seront comparées dans différentes conditions opératoires. Les concentrations en fer et sa spéciation seront également suivis afin d’améliorer la compréhension du système. La présence de pyrite a démontré sa capacité à améliorer fortement l’efficacité du procédé à pH acide (3), par rapport au procédé conventionnel en présence de fer dissous (Fenton). À pH naturel et en présence d’agents complexants, les deux procédés seront également comparés. Si le procédé en présence de pyrite confirme son intérêt, une étude sera ensuite réalisée sur effluent réel. L’objectif sera l’élimination de la DCO dure d’un lixiviat de décharge. Pour cela, les conditions opératoires seront optimisées afin de permettre un abattement partiel de la DCO mais aussi et surtout une amélioration de la biodégradabilité de la charge organique résiduelle.

De niveau Master 2 ou Ingénieur en dernière année, l’étudiant sélectionné devra posséder des compétences solides en chimie, génie chimique et chimie analytique, de préférence avec des compétences complémentaires en traitement de l’eau. L’étudiant devra démontrer intérêt, autonomie et rigueur scientifique. Des connaissances pratiques pour le travail en laboratoire seront indispensables. De bonnes compétences rédactionnelles sont également attendues.