Objectifs de thèse

L’objectif de mon travail de doctorat est d’améliorer la compréhension des mécanismes d’élimination

des micropolluants organiques réfractaires au traitement secondaire par deux processus utilisés en

traitement complémentaire : la photodégradation et l’oxydation à l’ozone. L’amélioration de la

compréhension des mécanismes vise à proposer des pistes d’optimisation pour deux types procédés de

traitement complémentaire : une tour d’ozonation et une ZRV de type bassin. Afin de répondre à cet

objectif, nous avons développé une stratégie expérimentale originale, combinant des études à l’échelle

pilote (réacteur fermé) et à l’échelle réelle (STEU) de l’élimination d’une sélection de micropolluants

organiques (antibiotiques, anti-dépresseurs, anti-inflammatoires, bêtabloquants, hormones,

hypolipémiants, pesticides, métabolites, bronchodilatateurs, anti-cancéreux). Les résultats obtenus à ces

deux échelles ont ensuite été confrontés à des simulations de l’élimination des micropolluants par des

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Les objectifs des études en pilotes sont d’améliorer les connaissances sur les mécanismes de

photodégradation et d’oxydation à l’ozone et d’estimer la part d’élimination par voie directe et indirecte

pour chaque micropolluant. Les objectifs spécifiques de l’étude de la photodégradation s’attachent à

répondre à l’influence de la lumière(y compris de la hauteur d’eau et de la saison), du temps de séjour

et des paramètres physico-chimiques de l’effluent sur les performances d’élimination des

micropolluants. Les objectifs spécifiques à l’étude de l’oxydation à l’ozone portent sur l’évaluation de

la consommation de l’ozone par les micropolluants et par les différents paramètres physico-chimiques

de l’effluent.

Les objectifs des études à l’échelle réelle sont d’évaluer l’efficacité de la photodégradation et de

l’oxydation à l’ozone pour l’élimination des micropolluants dans les procédés de traitement

complémentaire. Ainsi, les résultats obtenus sur les constantes cinétiques et les rendements

d’élimination sont confrontés à des prévisions effectuées avec les deux modèles afin de les caler et de

juger de leur fiabilité. Le but est aussi de définir si les constantes cinétiques déterminées à l’échelle

pilote sont transposables à l’échelle de la STEU. Au final, nous concluons sur l’utilisation de ces

modèles comme outil de prédiction de l’élimination des micropolluants permettant d’optimiser les

conditions d’exploitation des procédés de traitement par photodégradation et oxydation à l’ozone.

Les résultats des travaux effectués au cours de ma thèse sont présentés dans ce mémoire sous la forme

de 5 chapitres.

Le premier chapitre présente la synthèse bibliographique effectuée sur l’élimination des micropolluants

par photodégradation d’une part, et par oxydation à l’ozone d’autre part. Ce premier chapitre décrit les

différents mécanismes régissant la photodégradation et l’oxydation à l’ozone, puis présente le

fonctionnement de ces deux processus dans un procédé de ZRV de type bassin et dans une tour

d’ozonation, respectivement. Une classification des micropolluants en 3 groupes (lent, intermédiaire et

rapide) selon leur constante cinétique est proposée et décrite dans ce chapitre. Enfin, nous abordons les

différents modèles de prédiction du comportement des micropolluants soumis à ces deux processus et

nous en identifions les principales limites. Dans ce chapitre, nous présentons les deux bases de données

que nous avons réalisées, et qui permettent d’avoir une vision critique des données disponibles dans la

littérature. Ces données permettent aussi de positionner les résultats obtenus ultérieurement par rapport

à l’état de l’art.

Le deuxième chapitre présente les méthodologies originales développées pour répondre aux questions

précitées : expérimentations en pilote, et prélèvements sur sites. Nous explicitons aussi le choix des

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Le troisième chapitre est consacré à la présentation des travaux réalisés sur l’oxydation en présence de

lumière (photodégradation) des micropolluants réfractaires. Ce chapitre s’articule autour des

expériences réalisées à l’échelle de la ZRV pour conclure concrètement sur l’efficacité de ce processus

et mettre en avant ses paramètres d’influence (effet de la hauteur d’eau, de la saison et des paramètres

physico-chimiques de l’effluent). Le modèle créé et calé à partir de ces expériences est ensuite présenté

et sa fiabilité dans la prédiction du comportement des micropolluants est testée. De plus, nous présentons

une étude à l’échelle du laboratoire qui a été réalisée pour définir une relation entre la structure chimique

des micropolluants et leur photodégradabilité. Enfin, la transposition des données entre l’échelle du

laboratoire et l’échelle des procédés est évaluée. Cette partie est présentée sous la forme de deux articles

scientifiques accompagnés d’informations complémentaires pour approfondir la compréhension des

résultats.

Le quatrième chapitre suit le même déroulé que le chapitre précédent et présente les résultats obtenus

pour l’oxydation par l’ozone. Ainsi, la présentation des résultats de l’étude à l’échelle pilote permet de

démontrer l’efficacité de l’oxydation à l’ozone par voie directe et/ou indirecte pour 47 micropolluants

étudiés. La création et le calage du modèle permettant de prédire le comportement des micropolluants

et d’évaluer l’influence des paramètres physico-chimiques de l’effluent à partir des expériences en pilote

sont ensuite détaillés. Enfin l’application de ce modèle à l’échelle de la tour d’ozonation est discutée et

les prévisions effectuées sont comparés à des mesures effectuées à l’échelle de la STEU. Deux articles

scientifiques composent cette partie et sont accompagnés d’informations complémentaires.

Nous concluons ce manuscrit par une synthèse des résultats et les différentes perspectives de ces travaux.

Ce mémoire de thèse inclut 5 manuscrits de publications scientifiques, dont un paru et un soumis.

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