L'objectif général de ce projet est d'apporter des données pertinentes sur le devenir de produits pharmaceutiques dans l'environnement, en particulier aux interfaces eau/sol, afin de mieux suivre les conséquences de leurs utilisations et de leurs rejets. A long terme, les enjeux concernent la protection de l'environnement et de la santé publique. Ces travaux portent sur la caractérisation des propriétés de rétention de cinq médicaments dans des sols calcaires de la région Champagne-Ardenne afin d'évaluer notamment leur potentiel transfert vers les milieux aquatiques. Différents paramètres ont été identifiés comme ayant une influence sur leur rétention. La rétention de l'enrofloxacine dépend fortement du pH et de la force ionique, celle du diclofénac des teneurs en CaCO3 et en matière organique des sols qui ont un effet antagoniste sur son adsorption, celle de la carbamazépine et du sulfaméthoxazole est faible sur un sol calcaire, et enfin la rétention du iopamidol est négligeable. Par ailleurs, l'influence des cations métalliques, polluants ubiquistes des sols, sur la rétention des médicaments a également été étudiée. Les expériences de co-adsorption ont montré que la présence de cuivre et de zinc influence significativement la rétention de l'enrofloxacine, conduisant à une augmentation des quantités adsorbées sur le sol via la formation d'un complexe ternaire de surface, et met ainsi en évidence l'importance de prendre en compte l'interaction des médicaments avec les métaux pour une meilleure compréhension de leur comportement dans les sols. Toutefois, aucune influence notable de la présence de cuivre sur la rétention des autres produits pharmaceutiques n'a été observée. / The overall objective of this project is to provide a better knowledge of pharmaceuticals fate in the environment, more particularly at water/soil interfaces, in order to follow the consequences of their use and disposal. The long-term issues concern the protection of the environment and public health. This work focuses on the characterization of retention properties of five pharmaceuticals in calcareous soils of the Champagne-Ardenne region in order to evaluate their potential transfer to water compartments. Various parameters having an influence on their retention were identified. The retention of enrofloxacin is highly affected by pH and ionic strength, diclofenac retention by CaCO3 and organic matter contents of soils which have antagonistic effect on its adsorption, the retention of sulfamethoxazole and carbamazepine is low on a calcareous soil, and iopamidol adsorption is negligible. Moreover, the influence of metal cations, ubiquitous pollutants in soils, on pharmaceuticals retention was also studied. Co-adsorption experiments indicated that the presence of copper and zinc modifies significantly enrofloxacin retention, leading to an increase of adsorbed amounts on the soil via the formation of a ternary surface complex, thus highlighting the importance to take into account the interaction between metals and pharmaceuticals for a better understanding of their behavior in soils. However, no noticeable impact of the presence of copper on other pharmaceuticals retention has been noticed.

Résumé non communiqué par le doctorant. / Résumé non communiqué par le doctorant.

La gestion de sols ou sédiments contaminés par des métaux nécessite de pouvoir prédire la migration de ces métaux, dont la mobilité dépend des propriétés de transport du milieu ainsi que de la réactivité chimique de celui-ci (principalement réactions adsorption/désorption). Pour étudier l'adsorption des cations métalliques (majeurs et traces) en condition dynamique, des expériences de transport en colonne ont été réalisées avec un sol pauvre en minéraux carbonatés et en matière organique. Considérant que la réactivité de ce sol était due essentiellement à la phase argileuse smectitique, un modèle d'adsorption basé sur les propriétés de rétention de la montmorillonite du Wyoming, utilisant la théorie des échangeurs d'ions multi-sites a été intégré à un code de transport 1D. Les prédictions calculées par ce modèle ont ensuite été comparées aux courbes de percées mesurées dans cette étude et reportées de la littérature. L'étude sur le transport réactif des cations majeurs a mis en évidence le rôle significatif des protons (et ce même à des pH proche de la neutralité), et a permis de valider le modèle pour le transport compétitif des cations majeurs (Na et Ca). Cependant, l'étude de la rétention de Zn(II) a mis en évidence une incohérence entre les résultats issus des expériences batch et ceux obtenus avec les expériences colonne, que l'on pourrait attribuer à la contribution d'une autre phase adsorbante (illite). Néanmoins, le modèle d'adsorption proposé a permis de reproduire avec une bonne satisfaction des données expérimentales de rétention de Zn(II) proposées dans la littérature et obtenues avec des expériences colonne.

La gestion de sols ou sédiments contaminés par des métaux nécessite de pouvoir prédire la migration de ces métaux, dont la mobilité dépend des propriétés de transport du milieu ainsi que de la réactivité chimique de celui-ci (principalement réactions sorption/désorption). Pour étudier l'adsorption des cations métalliques (majeurs et traces) en condition dynamique, des expériences de transport en colonne ont été réalisées avec un sol pauvre en minéraux carbonatés et en matière organique. Considérant que la réactivité de ce sol était due essentiellement à la phase argileuse smectitique, un modèle d'adsorption basé sur les propriétés de rétention de la montmorillonite du Wyoming, utilisant la théorie des échangeurs d'ions multi-sites a été intégré à un code de transport 1D. Les prédictions calculées par ce modèle ont ensuite été comparées aux courbes de percées mesurées dans cette étude et reportées de la littérature. L'étude sur le transport réactif des cations majeurs a mis en évidence le rôle significatif des protons (et ce même à des pH proche de la neutralité), et a permis de valider le modèle pour le transport compétitif des cations majeurs (Na et Ca). Cependant, l'étude de la rétention de Zn(II) a mis en évidence une incohérence entre les résultats issus des expériences batch et ceux obtenus avec les expériences colonne, que l'on pourrait attribuer à la contribution d'une autre phase adsorbante (illite). Néanmoins, le modèle d'adsorption proposé a permis de reproduire avec une bonne satisfaction des données expérimentales de rétention de Zn(II) proposées dans la littérature et obtenues avec des expériences colonne. / Management of soils or sediments contaminated by metals requires to predict the migration of metallic cations, whose mobility depends both on the transport properties of the medium and chemical reactivity of the system (principally sorption/desorption reactions). To study the sorption of metallic cations (major and trace) in dynamic condition, transport experiments using columns have been carried out with a soil poor in carbonated minerals and organic matter. Considering that the reactivity of this soil was mainly due to swelling clay minerals, a sorption model based on the sorption properties of the Wyoming montmorillonite and built according to a multi-site ion exchanger theory has been integrated into a 1D transport code. The predictions given by this model were then compared with the breakthrough curves measured in this study and those reported in the literature. The study of the reactive transport of major cations highlighted the significant role of protons (even at near neutral pH), and validated the model for major cations (Na and Ca). However, the study concerning Zn (II) showed a discrepancy between the results obtained from batch experiments and those issued from column experiments, which could be attributed to the contribution of another sorbent phase (illite). Finally, the proposed sorption model allowed reproducing with a good confidence experimental data reported from literature for sorption of Zn (II) in dynamic conditions.