Développement d'une méthode de caractérisation des contaminants organiques dans les effluents

Development of a Characterization Method for Organic Contaminants in Aqueous Waste

• Auteur / Autrice : Zoé Disdier
• Direction : Sébastien Savoye, Romain Dagnelie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service d’étude du comportement des radionucléides (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2021-2022)
• Jury : Président / Présidente : Régis Moilleron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Vulliet, Véronique Rosilio, Stéphane Brassinnes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Moilleron, Emmanuelle Vulliet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Qualité -- Gestion

Analyse non ciblée

Contaminants d'intérêt émergent dans l'eau

Mots clés libres

Analyse

Contaminants organiques

Partage liquide-liquide

Lipophilie

Composés ionisables

Onitoring

Organic contaminants

Liquid-liquid partition

Lipophilicity

Ionizable compounds

Résumé

L’analyse des solutés organiques est un enjeu majeur pour le suivi de l’environnement ou de la gestion des déchets (plastiques, radioactifs). Dans le cas des mélanges de contaminants, les méthodologies classiques, d’analyses ciblées, sont parfois limitées. C’est le cas lorsque les solutés à analyser sont inconnus, non référencés dans les bases de données, ou lorsque les mélanges sont trop complexes pour permettre une identification exhaustive des solutés. D’autres méthodologies sont aussi développées, comme les analyses non-ciblées, de marqueurs d’effet ou de criblage. Le sujet présenté développe une technique non-ciblée innovante visant la caractérisation des mélanges complexes de solutés organiques. Cette technique nommée PAW « Partition of Aqueous Waste », utilise le partage liquide-liquide afin de quantifier les propriétés de lipophilie des solutés, via un coefficient de partage octanol/eau (POW). Généralement, la mesure d’un état d’équilibre ne permet que d’accéder à une grandeur moyenne sur l’ensemble des solutés du mélange. L’originalité de la méthode consiste à utiliser une succession d’états d’équilibres, visant à discriminer différentes familles de solutés, ayant des propriétés semblables. Un modèle d’interprétation spécifique est développé, et vise à obtenir en sortie du procédé le profil de lipophilie des solutés composant le mélange.

Characterization of organic solutes is a major issue for environmental monitoring or waste management. In the context of mixtures analysis, the standard and targeted analyses are sometimes limited. For example, the identification of solutes can be incomplete when analytes are unknown or when the contaminant mixtures are too complex. In such cases, complementary non-targeted analyses are developed, such as screening or effect markers analysis. The current work develops an innovative non-targeted analysis aiming at the characterization of complex mixtures of organic solutes. This technique, called “Partition of Aqueous Waste" (PAW) focuses on liquid-liquid partitioning and quantification of lipophilic properties of solutes, typically the n-octanol/water partition coefficient (POW). Usually, the measurement of a sole partition equilibrium provides an average value for all the solutes in a mixture. Here, the PAW technique consists in achieving a succession of equilibrium states, by performing multiple liquid-liquid partition experiments. Experimental results are then interpreted using a specific model, capable of estimating the lipophilic profile of the studied mixture. Results aim at discriminating different families of solutes from the mixture, regarding their lipophilic properties (POW). The PAW technique does not require the knowledge or the identification of the organic analytes and is relatively easy to implement. Despite the absence of identification, the measurement of POW values provides a quantitative data, correlated to other physicochemical parameters, such as retention properties, bioaccumulation, or solubility. Moreover, various types of compounds can be targeted depending on the detection method (Total organic carbon, 14C, UV-Vis Absorbance). Using such detectors, the PAW analysis is then sensitive to both hydrophilic ions and lipophilic neutral compounds. The feasibility of the process is demonstrated on standard mixtures, under various conditions: from pH 1 to 13, using UV-Vis, Organic carbon, or scintillation detectors. Different applications are tested, such as the control of radiolabeled source purity, or the analysis of polymer degradation products. On-going developments aim at reducing sample volumes, for example using milli-fluidic devices. This may improve the equilibration kinetics, thus increasing the number of partition steps and the overall resolution of the analysis.