Thèse soutenue

Chimie du fer et stratégie végétale : de la biosorption successive du fer et de l'arsenic à la chimie verte et durable
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Auteur / Autrice : Kenza Richards
Direction : Claude Grison
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
Date : Soutenance le 25/10/2021
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie bio-inspirée et innovations écologiques (CNRS - UM (Montpellier))
Jury : Président / Présidente : Peter Hesemann
Examinateurs / Examinatrices : Claude Grison, Peter Hesemann, Clotilde Boulanger, Patrick Meffre
Rapporteurs / Rapporteuses : Clotilde Boulanger, Patrick Meffre

Mots clés

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Résumé

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Dans un contexte environnemental préoccupant, la préservation des ressources en eau douce est devenue une priorité. De nouvelles solutions de remédiation écologiques, sobres et fondées sur la nature doivent être développées. La première partie de ce mémoire de thèse propose une technologie de dépollution de l’eau par voie végétale. Elle repose sur une démarche nouvelle, capable de résoudre deux problématiques affectant les écosystèmes aquatiques :- Soutenir les efforts de lutte contre la prolifération d’espèces exotiques envahissantes (EEE) en milieu aquatique,- Développer de nouvelles techniques de dépollutions des eaux en transformant ces ressources végétales trop abondantes en matière première efficaces pour retenir les métaux.Ainsi la première partie de ma thèse a été consacrée à une étude fondamentale sur la biosorption du Fe(II) et de l’As(V) à l’aide de ces nouveaux biomatériaux, devenus des filtres dépolluants. Les phytotechnologies étudiées ont ensuite pu être déployées sur deux sites démonstratifs : le premier dans les Cévennes (Saint-Laurent-le-Minier, Gard), et le deuxième dans la vallée de l’Orbiel (Aude) près de Salsigne. Ces deux sites, témoins d’un passé minier prospère, subissent aujourd’hui une forte pollution en Eléments Traces Métalliques (ETM) : Fe, Zn pour le premier et As pour le second.La dépollution de l’effluent minier gardois à l’aide de nos filtres végétaux est devenue une source importante de biomasse riche en Fe(II). Cette biomasse a été repensée en tant que nouvelle ressource d’intérêt pour décontaminer l’eau polluée en arsenic, en s’appuyant sur les propriétés physicochimiques du fer et de son affinité naturelle pour les arséniates. Ce deuxième système de dépollution bio-inspiré a été mis en place avec succès sur un affluent de l’Orbiel pollué à l’As(V). Dans une deuxième partie de mes travaux de thèse, une seconde valorisation de la biosorption du fer a été envisagée en chimie de synthèse. En effet, longtemps délaissé, cet élément est aujourd’hui considéré comme une ressource métallique d’avenir. Son abondance et son innocuité le rendent très utile en chimie durable, et l’étude de la biosorption du fer ouvre la porte a une nouvelle perspective : son recyclage. Ainsi, l’utilisation d’un sel de fer, FeCl3.6H2O, et son recyclage ont été étudiés sur des substitutions électrophiles aromatiques. Nous avons montré que ce sel est une source directe de solvant ionique vert, capable de promouvoir ces réactions fondamentales dans des conditions extrêmement douces.Enfin, l’étude de l’écocatalyse permettrait de valoriser les biomatériaux riches en fer dans une chimie de pointe. En effet, ce concept développé au laboratoire permet la valorisation des matériaux végétaux chargés en éléments métalliques après une étape de dépollution, en les transformant en outils chimiques à haute valeur ajoutée, permettant de catalyser différentes réactions de chimie de synthèse. L’écocatalyse au manganèse, un élément de transition proche du fer et déjà à un stade avancé de recherche, a été étudiée à travers la rédaction d’une revue, dans l’objectif de l’étendre à l’écocatalyse au Fe et au Fe/Mn.