Cette thèse avait pour but d’étudier les phénomènes physico-chimiques se produisant à l’interface solide minéral/solution en présence d’un oxydant et d’un polluant organique. L’apport du fer comme catalyseur pour l’oxydation du polluant était évalué en sélectionnant deux types d’oxydes mixtes (FeII, FeIII) de fer. Il s’agit d’interactions solide/polluant, oxydant/solide et oxydant/polluant dont les mécanismes réactionnels sont loin d’être compris. Les mécanismes d’oxydoréduction des composés organiques dans la phase aqueuse en contact avec ces minéraux sont fortement influencés par leurs propriétés de surface, leur réactivité vis-à-vis des polluants et la nature des oxydants utilisés. En effet, les phénomènes se produisant à l’interface minéral/solution pourraient avoir un impact significatif d’une part sur l’efficacité de l’oxydation et d’autre part sur la stabilité du système solide. Des caractérisations spectroscopiques couplées à des analyses chimiques ont permis à la fois de décrire les mécanismes d’oxydoréduction à l’interface solide/liquide et de suivre l’efficacité de l’oxydation ainsi que l’évolution structurale du solide. L’influence de l’oxydation sur la nature minéralogique du solide a été abordée. De même, l’effet de la présence des agents chélatants agissant comme pièges des radicaux hydroxyles libres (•OH) sur la performance de l’oxydation a été également étudié. Les résultats présentés dans ce manuscrit contribuent à la bonne compréhension des mécanismes se produisant à l’interface oxyde/solution lors de l’oxydation par Fenton modifiée. Ce travail a permis de mettre en évidence les paramètres optimums durant la dégradation d’un polluant organique comme le pentachlorophénol (PCP) dans le système magnétite/H2O2. De plus, les facteurs influençant le contact oxydant-polluant en comparant deux polluants (RhodamineB et Pentachlorophénol) et deux types d’oxydes mixtes de fer ont été déterminés. Parmi ces facteurs, on peut citer l’hydrophobicité, l’équilibre acido-basique et l’adsorptivité de la molécule, et le contenu en FeII, surface spécifique, minéralogie et propriétés de surface du solide. Il s’agit alors d’une étape significative dans l’évaluation et le suivi de la réaction d’oxydation des polluants organiques dans les sols et les eaux contaminés. L’utilisation de ces données expérimentales a permis une bonne description de la réactivité intrinsèque des oxydes de fer et aussi une optimisation de la réaction d’oxydation. L’utilisation d’un agent complexant fort du fer comme l’EDTA conduit à de meilleurs résultats en phase homogène à pH7. Cependant, l’utilisation de l’oxalate comme les cyclodextrines devient plus intéressante en phase hétérogène. Ces résultats mettent en évidence le rôle important des interactions physico-chimiques à l’interface catalyseur solide/solution dans la détermination de la performance de la réaction d’oxydation du Fenton hétérogène. / Firstly, PCP was chosen as a model pollutant, to investigate the oxidation of PCP on the surface of magnetite used as heterogeneous catalyst. Oxidation experiments were carried out under various experimental conditions at neutral pH and correlated with the adsorption behavior. The surface reactivity of magnetite was evaluated by conducting the kinetic study of both H2O2 decomposition and PCP oxidation experiments. The occurrence of the optimum values of H2O2 and magnetite concentrations for the effective degradation of PCP could be explained by the scavenging reactions with H2O2 or iron oxide surface. All batch experiments indicate that Fenton-like oxidation of PCP was controlled by surface mechanism reaction and the species compete with each other for adsorption on a fixed number of surface active sites. The apparent degradation rate was dominated by the rate of intrinsic chemical reactions on the oxide surface rather than the rate of mass transfer. Raman analysis suggested that the sorbed PCP was removed from magnetite surface at the first stage of oxidation reaction. All X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Mössbauer spectroscopy and chemical analyses showed that the magnetite catalyst exhibited low iron leaching, good structural stability and no loss of performance in second reaction cycle. Secondly, Rhodamine B (RhB) was chosen as a model compound pollutant. Two types of iron (II, III) oxides were used as heterogeneous catalysts and characterized by XRD, Mössbauer spectroscopy, BET surface area, particle size and chemical analyses. The catalytic efficiency of iron (II, III) oxide to promote Fenton-like reaction was examined at neutral pH. The adsorption to the catalyst changed significantly with the pH value and the sorption isotherm was fitted using the Langmuir model for both solids. Both sorption and FTIR results indicated that surface complexation reaction may take place in the system. The variation of oxidation efficiency against H2O2 dosage and amount of exposed surface area per unit volume was evaluated and correlated with the adsorption behavior in the absence of oxidant. There is also an optimum amount of H2O2 value for the degradation of RhB. The phenomena could also be explained by the scavenging effect of hydroxyl radical by H2O2 or by iron oxide surface (like the oxidation of PCP). Sorption and decolourization rate of RhB as well as H2O2 decomposition rate were found to be depended on the surface characteristics of iron oxide. The kinetic oxidation experiments showed that structural FeII content strongly affect the reactivity towards H2O2 decomposition and therefore RhB decolourization. Finally, the effect of chelating agent on the heterogeneous Fenton reaction rate of pentachlorophenol in the presence of magnetite was investigated. Six kinds of chelating agents including oxalate, EDTA, CMCD, tartarate, citrate and succinate were chosen. The PCP oxidation rate in this system was significantly improved by using chelating agents at neutral pH. The kinetic rate constant was increased by 5.7, 4, 3.2, 2.4, 2.5 and 1.7 times with oxalate, EDTA, CMCD, tartarate, citrate and succinate, respectively. The enhancement factor of heterogeneous oxidation rate was found to be not correlated with that of dissolved iron dissolution amount. In homogeneous Fenton system (dissolved Fe2+ or Fe3+), EDTA-driven reaction showed the highest oxidation rate, while oxalate seems to be more efficiency in heterogeneous Fenton system (Fe3O4). This observation could be explained by the inactivation of iron surface sites which become unavailable for the interactions with H2O2 to initiate Fenton-like reactions. These results demonstrated that the chelating agent-promoted dissolution of magnetite did not play the key role in determining the efficiency of heterogeneous Fenton oxidation.

Les différentes phases du cycle de vie des textiles ignifugés (TIgni) ont des impacts importants sur l'environnement. Nombreuses études réalisées se sont principalement axées sur des méthodes de synthèse des molécules d’ignifugation. Cependant la phase de fin de vie des TIgni a été longtemps négligée, et nécessite aujourd’hui une attention particulière. Alors que la valorisation des déchets par incinération est une voie appropriée pour la gestion des déchets textiles, les TIgni posent des problèmes car les espèces ignifuges diminuent le rendement énergétique dans le processus d'incinération en raison d'une combustion incomplète et émettent des fumées toxiques. Nous proposons une méthode plus écologique de valorisation énergétique de ces déchets, par la dégradation et l'élimination préalable des substances ignifuges permanentes organophosphorés (MPDA) des textiles, en utilisant le procédé d'oxydation avancé (AOP) de Fenton. Ensuite, la valorisation thermique est réalisée par gazéification au lieu de l'incinération. La cinétique de dégradation de la MDPA, suivie en mesurant la DCO, semble dépendre des concentrations en réactifs de Fenton. Après ce traitement, les propriétés mécaniques du coton restent inchangées. Le test d'inflammabilité et les résultats thermogravimétriques (TGA, DTG et PCFC) confirment la dégradation du MDPA.Les résultats de gazéification montrent des propriétés de combustion accrues des textiles ignifuges après ce traitement qui permet donc d’éco-concevoir la valorisation énergétique de ces textiles. L’évaluation des impacts environnementaux réels en utilisant l’ACV permet de confirmer l’éco-conception de fin de vie des produits textiles ignifugés. / The different life cycle phases of textiles with flame retardant (FR) finishes have substantial adverse impacts on environment. Several studies on the exposure of flame retardant have mainly focused on ways to provide environmentally friendly synthesis of flame retardants. However the end-of-life phase of the FR textiles seems neglected and needs great attention when the product life cycle is concerned. Though today, technologies for solid waste management are ever-improving, the end-of-life of flame retardant textile products create issues, by decreasing energy yield in the incineration process due to incomplete combustion and emission of toxic fumes.Therefore an eco-design was proposed with optimized disposals for the flame retardant textiles, by a prior degradation and elimination of a durable flame retardant substance (MDPA) from textiles, using advanced oxidation Fenton process. Then thermal valorization was achieved by gasification instead of incineration.The degradation kinetics of MDPA from cotton fabrics, monitored by measuring the COD of the reaction mixture, seems to depend on the Fenton reactant concentration. The mechanical properties of the cotton after the treatment are unaltered. The flammability test and thermogravimetric (TGA, DTG and PCFC) results confirmed the degradation of MDPA. The gasification results supported the eco-design by showing increased combustion properties of the FR textiles after the Fenton treatment allowing eco-design of energy valorization of textile wastes. Real environmental impacts evaluated by a life cycle assessment (LCA) tool confirm the eco-design of the end-of-life phase of flame retardant textile products.

La remédiation des sols contaminés par les polluants organiques persistants comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) s’est largement développée après la découverte de milliers de sites pollués partout dans le monde. Parmi les polluants organiques, les HAP méritent l'attention, car ils sont, pour la plupart, considérés comme persistants, « bioréfractaires », relativement immobiles dans les sols, toxiques, carcinogènes et mutagènes. Plusieurs techniques ont été étudiées pour éliminer ces polluants des sols, et, parmi elles, les Procédés d’Oxydation Avancés (POA) ont été proposés récemment. Les POAs sont considérés comme une méthode alternative pour traiter les matrices contaminées par des substances bioréfractaires. Dans ce travail, les POA ont été étudiés pour évaluer leur efficacité pour l'oxydation de HAP contenus dans quatre types d’échantillons de sol d’origines brésilienne et française, portant des contaminations récentes ou anciennes. Ces POA étaient : (i) le traitement par réactif de Fenton (H2O2 en présence de Fe(II)), (ii) le réactif de Fenton sans ajout de Fe(II), considérant que les minéraux présents constituent une source suffisante, c’est le traitement dit «Fenton-like», (iii) et (iv) les deux traitements précédents avec exposition au rayonnement UV, dits « photo-Fenton » et « photo-Fenton like », et enfin (v) le permanganate de potassium. Dans chaque cas conditions optimales de traitement ont été déterminées par la méthode des plans d’expériences. De plus, on a étudié la sélectivité du traitement en comparant la dégradation de HAP de différents poids moléculaire inférieur et on a cherché à mettre en évidence la formation ou non de sous-produits d’oxydation. Enfin, la qualité des sols après traitement a été évaluée, par mesure des propriétés physico-chimiques des sols, et surtout par des expériences de germination et croissance d’une plante modèle, le ray grass, en vue de savoir si le traitement par POA permet une revégétalisation ultérieure des terrains traités. D'une manière générale, des résultats satisfaisants ont été atteints dans tous les cas pour l'oxydation du HAPs par POAs. Quant à la qualité des sols après traitement ;, on a montré que le traitement par KMnO4 n'était pas compatible avec la revégétalisation. Par contre le traitement par le réactif de Fenton favorise la revégétalisation des sols traités. / Remediation of soils contaminated by persistent organic pollutants like Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) have been widely developed after the discovery of thousands of contaminated sites all over the world. Among the organic pollutants, PAHs are considered as biorefractory compounds, relatively immobile in soils, toxic, carcinogenic and mutagenic. Several techniques have been studied to remove these pollutants from soils, as the Advanced Oxidation Processes (AOPs) that have been proposed in recent years. AOPs are considered as an attractive alternative able to clean up matrices contaminated by refractory substances. In this work, AOPs have been studied to assess their efficacy in the oxidation of PAHs contained in four soil samples from Brazil and France. These AOPs were: (i) treatment by Fenton reactant (H2O2 and Fe(II), (ii) Fenton-like reactant, i.e. Fenton reactant without Fe(II) addition, considering that naturally occurring minerals provided Fe(II), (iii) and (iv) the same treatment with UV radiation, so-called photo-Fenton and photo-Fenton like reactions, and eventually (v) potassium permanganate. In each case, the optimal conditions were determined following factorial designs. Moreover, treatment selectivity was investigated, comparing the oxidation of lower and higher molecular weight PAHs. The formation of oxidation by-procducts was also assessed. To finish, the quality of treated soils was evaluated, by measuring the physico-chemical properties and above all by germination and growth experiments with ray grass chosen as a model plant. The objective was to assess if the treatments allowed further revegetation. In all cases, good oxidation results were reached. Concerning the evaluation of soil quality, it was shown that the treatment by KMnO4, was not compatible with further revegetation. Fenton’s reactant had a good effect on soil quality for further revegetation. / Remediação de solos contaminados por poluentes orgânicos persistentes tem merecido destaque devido a descoberta de milhares de áreas contaminadas em todo mundo. Dentre os poluentes orgânicos, que merecem atenção encontram-se os hidrocarbonetos políciclicos aromáticos (HPAs) pois são compostos recalcitrantes, relativamente imóvel no solo, tóxicos, carcinogênicos e mutagênicos. Várias técnicas vêm sendo estudada a fim de remover estes poluentes dos solos podendo citar atualmente os Processos Oxidativos Avançados (POAs). Os POAs trata-se de um tratamento alternativo capaz de degradar das matrizes contaminadas por substâncias refratárias. Neste trabalho, os POAs têm sido estudado para avaliar seu comportamento na oxidação dos HPAs em quatro diferentes tipos de solo, originados do Brasil e da França. Avaliou-se como esses processos se comportam em relação a uma antiga e recente contaminação, bem como avaliar a existência da seletividade em relação aos HPAs de baixo e alto peso molecular e identificar a possibilidade de formação de intermediários de oxidação. Também pretende-se analisar a qualidade do solo após o tratamento visando avaliar se este solo pode ser revegetalizado ou torna-se inerte. Os POAs que aplicados nestes solos foram: Reagente de Fenton, Reagente Fenton-like, Reagente Foto-Fenton empregando-se a radiação natural e artificial, Reagente Foto-Fenton like e Permanganato de Potássio. De uma maneira geral, resultados satisfatórios foram alcançados em todos os solos estudados para a oxidação dos HPAs pelos POAs. Em relação a avaliação da qualidade dos solos da França após aplicar os POAs , o tratamento por Permanganato de Potássio não foi compatível com o processo de revegetalização. Já o tratamento por reagente de Fenton foi compatível ao processo e ainda observou uma melhora no crescimento das plantas quando comparado ao solo contaminado.