Au vu de l'omniprésence des oxydes de fer dans le milieu naturel, et en particulier la goethite et l'hématite qui sont les formes les plus stables, mais aussi de la prolifération des contaminants émergents dans l'environnement, comme les fluoroquinolones, notre objectif a été d'étudier leur réactivité et de définir les mécanismes de sorption et d'oxydoréduction à l'interface oxyde/solution dans des conditions statiques (batch) et hydrodynamiques contrôlées (colonne) en couplant une étude macroscopique (techniques chromatographiques, LC/MS, LC/UV) avec une approche microscopique (spectroscopie vibrationnelle et XPS) et de modélisation mécanistique (TPM et CD-MUSIC). Ces travaux mettent en évidence les principaux mécanismes responsables de la transformation des molécules organiques à la surface d'un oxyde de fer, et donc fournissent des informations nécessaires à la compréhension du devenir des contaminants émergents dans l'environnement. / Given the ubiquity of iron oxides in environmental settings, particularly goethite and hematite, the most stable forms, but also the proliferation of emerging contaminants, such as fluoroquinolones, in the environment, our goal was to study their reactivity and describe mechanisms of sorption and redox at oxide /solution interfaces in static batch) and hydrodynamic conditions (column) by coupling a macroscopic study (LC/MS, LC/UV) with a microscopic/molecular approach (vibrational spectroscopy and XPS) and mechanistic modeling (TPM and CD-MUSIC).. These works highlight the main mechanisms responsible of the transformation of organic molecules on iron oxide surfaces and thus provide valuable information necessary for the understanding of the fate of emerging contaminants in the environment.

Des études de sorption/désorption ont été effectuées pour neuf contaminants émergents sélectionnés (caféine, sulfaméthoxazole, déséthylatrazine, carbamazépine, atrazine, estradiol, éthinylestradiol, noréthindrone et diclofénac) dans les boues usées provenant de trois systèmes différents. Les contaminants incluent une variété de classes de composés (pesticides, hormones et pharmaceutiques) qui possèdent des propriétés physicochimiques différentes. L’objectif de ces travaux est de modéliser leur comportement dans une station d’épuration, en présence d’une phase particulaire et d’une phase aqueuse, et du même coup, de mieux comprendre leur devenir lors de leur rejet dans l’environnement. Le coefficient octanol-eau (log Kow) permet de bien interpréter les résultats et nous permet de classer les composés selon deux types de comportements observés : les composés avec un log Kow inférieur à 3 montrent peu ou pas de sorption alors que les composés avec un log Kow supérieur à 3 montrent une sorption variant de 30 à 90 % durant les premières minutes, suivi d’une sorption lente durant les heures suivantes. Une augmentation du contenu organique favorise la sorption des composés hydrophobes alors qu’un changement de pH peut modifier la charge à la surface des particules et également la charge des analytes. Les résultats ont montré que seul le diclofénac était sensible aux variations de pH étudiés. Dans une telle situation, il est nécessaire d’utiliser le facteur d’hydrophobicité corrigé en fonction du pH (log Dow). Le coefficient de distribution solide-eau (log Kd) a été déterminé pour chaque composé à la fin de chaque expérience de sorption et se situe entre -0.3 et 2.6. Avec l’augmentation de l’hydrophobicité, la désorption diminue avec le temps et avec l’étape de rinçage. Pour simuler le relargage dans les systèmes aquatiques, les facteurs de rinçage ont été déterminés pour estimer le nombre de rinçages qui seraient nécessaire pour désorber 50 et 99 % de la concentration initialement sorbée. Les bilans de masse ont été effectués après chaque expérience dans le but de ne pas surestimer les capacités de sorption d’un composé et se situent entre 7 et 25 % pour l’estradiol, la noréthindrone et le sulfaméthoxazole et entre 44 et 103 % pour l’éthinylestradiol, l’atrazine, la déséthylatrazine, la carbamazépine, la caféine et le diclofénac. / Sorption/desorption studies were performed for nine selected emerging contaminants (caffeine, sulfamethoxazole, desethylatrazine, carbamazepine, atrazine, estradiol, ethinylestradiol, norethindrone and diclofenac) in sewage sludge from three different systems. Contaminants include a variety of compound classes (pesticides, hormones and pharmaceuticals) with different physicochemical properties. The objective of this work is to model their behavior in a treatment plant in the presence of a particulate phase and an aqueous phase, and at the same time, understanding their fate upon their release into the environment. The octanol-water partition coefficient (log Kow) allowed a good understanding of the results and allowed us to classify the compounds according to the two types of behavior observed: compounds with log Kow below 3 showed little or no sorption while compounds with log Kow over 3 showed a 30 to 90% sorption within the first few minutes, followed by a slow sorption during the next hours. An increase of the organic content promotes the sorption of hydrophobic compounds while a change in the pH can modify the charge on the surface of the particles and also the charge of the analytes. Only diclofenac was found to be sensitive to the different pH studied. In such a situation, it is necessary to use the pH-corrected hydrophobicity factor (log Dow). The solid-water distribution coefficient (log Kd) were determined for each compound at the end of each sorption experiment and ranged from 0.2 to 2.9. With increasing compounds hydrophobicity, desorption decreased with time and rinsing step. To simulate releases into aquatic systems, rinsing factors were determined to estimate the number of rinsing that would be needed to desorb 50 and 100 % of the sorbed concentration. Mass balances were performed after each experiment in order to not overestimate the sorption capacity of the compound and ranged from 7 to 25 % for estradiol, norethindrone and sulfamethoxazole and from 44 to 103 % for ethinylestradiol, atrazine, desethylatrazine, carbamazepine, caffeine and diclofenac.