Fonctionnalisation par voie physique de géotextiles destinés à la dépollution des sédiments de dragage

Functionalization of geotextiles by physical methods for heavy metal ions remediation

• Auteur / Autrice : Marianne Vandenbossche
• Direction : Michel Traisnel, Mathilde Casetta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et Matières Condensée
• Date : Soutenance le 28/10/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décontamination

Sédiments marins

Métaux lourds

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Lasers à excimère

Plasmas (gaz ionisés)

Géotextiles

Mots clés libres

Greffage et couplage chimique

Résumé

Le traitement des sédiments de dragage pollués aux métaux lourds est une alternative à leur stockage sur sites homologués et pourrait permettre la réutilisation des sédiments en technique routière ou en butte paysagère. Le procédé de dépollution envisagé dans ce projet consiste à déposer les sédiments contaminés sur des géotextiles, matériaux présentant une structure poreuse idéale pour la filtration. La lixiviation permet ensuite de rendre mobile une partie des polluants métalliques afin qu’ils puissent être adsorbés par les géotextiles. Cependant, ces matériaux, généralement synthétiques, n’ont pas de capacité intrinsèque à retenir les métaux et doivent donc être fonctionnalisés avec des molécules capables de fixer les métaux lourds. Cette thèse est orientée vers le développement de procédés de fonctionnalisation par plasma et laser, l’objectif final étant d’immobiliser des biomolécules chélatantes à la surface des géotextiles. Ces biomolécules sont fixées par couplage chimique sur des fonctions –COOH obtenues préalablement par greffage d’un agent intermédiaire, l’acide acrylique. La surface des fibres a été analysée à chaque étape de traitement par microscopie électronique à balayage, spectrométrie infrarouge, et par spectrométrie photoélectronique à rayons X, prouvant le greffage covalent de l’acide acrylique puis des biomolécules. Enfin, des tests avec des solutions métalliques ont été effectués afin de pouvoir sélectionner le textile fonctionnalisé le plus efficace pour réaliser des essais à l’échelle pilote. Parallèlement, une étude de modélisation a été amorcée afin d’étudier plus précisément la structure des complexes métal/biomolécule obtenus.

The treatment of dredged sediments contaminated with trace metals is an alternative to the current storage in accredited sites and could allow the reusability of sediments in civil engineering. The remediation process considered in this project consists in the deposition of polluted sediments onto geotextiles, structures possessing filtration properties. The leaching then favors the release of metals that can be sequestered by the geotextiles. However, these textile structures are mainly composed of synthetic polymers and thus cannot retain heavy metals. Therefore, they have to be functionalized with molecules able to adsorb metal ions present in aqueous media. The main objective of this PhD thesis was to develop functionalization processes using plasma and laser techniques, in order to immobilize biomolecules with chelating properties at the surface of the fabrics. These biomolecules were immobilized by chemical coupling onto –COOH groups obtained at the fabric surface by the grafting of a spacer, namely acrylic acid. The surface of the fibers was characterized at the different grafting steps by scanning electron microscopy, infrared spectrometry and X-ray photoelectron spectrometry: evidence of the covalent grafting of acrylic acid and then of biomolecules was given. Some remediation tests were then carried out in order to select the most interesting functionalized materials for further studies at pilot scale. In parallel, a computational study was initiated in order to determine the structure of the metal/biomolecule complexes.