Le méthane est un gaz à effet de serre et ses principales sources d’émissions anthropiques sont les sites d’enfouissement (décomposition anaérobique de déchets) et l’élevage de bovins laitiers (fermentation entérique des ruminants). Il a été démontré que le biorecouvrement d’oxydation passive de méthane (BPOM) dans les sites d’enfouissement est une technologie techniquement et économiquement viable pour la diminution des émissions fugitives du méthane. Ce recouvrement favorise le développement et la croissance des micro-organismes (bactéries méthanotrophes). La biofiltration est une technologie qui aide à la dégradation aérobie du méthane. Pendant ce processus, la pollution de l’air passe à travers les macropores de matériau filtrant, dans notre cas le mélange de compost et de la paille. Ce mélange de matériaux a été choisi par diverses recherches dans le groupe de géo-environnement. Ces matériaux ont bien répondu au développement et à la croissance d’organismes méthanotrophes responsables de l’oxydation du CH4. C’est pour cette raison que ces systèmes sont exploités dans les sites d’enfouissement et dans le secteur de l’agriculture, car ils aident à contrôler les émissions fugitives de CH4 dans l’atmosphère. Les objectifs généraux de ce projet sont de comparer l’effet relatif d’un conditionnement à un débit de méthane en fonction d’un conditionnement à un type de racines sur le potentiel d’oxydation du méthane, de déterminer l’influence de la variation de la température dans les biofiltres et, au final, d’étudier le potentiel d’oxydation du méthane dans la rhizosphère de diverses plantes dans différents types du sol. Les quatre essais de laboratoire à l’échelle seront : les trois essais d’oxydation du méthane dans les pots Masson, l’acclimatation dans des seaux et des essais d’oxydation du CH4 en colonnes avec les systèmes de refroidissement. Les résultats ont montré que même s’il existe une différence moyenne de la consommation de CH4 pour le sol rhizosphérique qui a été modérément pré-exposé, aucune différence statistiquement significative n'a été trouvée dans les paramètres cinétiques de l'oxydation du CH4 (temps de latence et demi-vie) de tous les sols rhizosphériques, ce qui suggère que l'oxydation du méthane ne dépend pas des espèces de plantes ou des niveaux de préexposition au CH4, pour les sols et les plantes testés ici. Les valeurs de taux d'oxydation obtenues étaient plus élevées que celles rapportées dans la littérature révisée pour les sols de couverture des sites d'enfouissement. Les études scientifiques de terrain de biofiltration ont montré que la température interne des biofiltres est plus stable et supérieure à la température ambiante. Nos résultats de laboratoire de 15°C internes (qui équivaut à -30°C température ambiante) nous permettent de soupçonner une efficacité de 70% en conditions hivernales pour les fermes laitières. Les efficacités peuvent s’améliorer jusqu’à 90% en conditions estivales.

La pollution des eaux superficielles et souterraines par des composés organiques est bien connue comme une préoccupation majeure de l'environnement dans de nombreux pays. Si les polluants prioritaires sont actuellement surveillés par la directive cadre européenne sur l'eau, il est désormais urgent de prendre en considération les nouveaux polluants dérivés de principes actifs des produits pharmaceutiques et d'identifier leurs produits de transformation à risque. Ce travail de thèse propose une étude globale sur l'état et l'avenir des produis pharmaceutiques dans l'environnement, sur l'exemple de deux pharmaceutiques choisis, dans le cadre de cette importante problématique environnementale. Nous avons donc appliqué les procédés électrochimiques d'oxydation avancée, électro-Fenton (EF), oxydation anodique(OA) et photoélectro-Fenton solaire (PEFS), ainsi que le couplage électro-Fenton/traitement biologique pour une élimination effective des polluants médicamenteux furosémide et ranitidine. Les résultats obtenus confirment l'efficacité de ces technologies électrochimiques pour la minéralisation quasi-totale des produits pharmaceutiques étudiés. En outre, l'utilisation du pré-traitement par EF suivi d'un procédé biologique confirme la capacité de l'EF de transformer les polluants organiques en produits biodégradables qui peuvent être consommés par des microorganismes lors d'un traitement biologique, démontrant ainsi l'applicabilité potentiel de cette technique combinée, en termes d'une consommation énergétique réduite. L'identification des produits de transformation (PTs) des pharmaceutiques étudiés par voie électrochimique (électro-oxydation) et biologique (bioconversion) a été effectuée par différentes techniques d'analyse physico-chimiques. La biotransformation du FRSM a conduit à la formation de trois PT principales; saluamide, pyridinium et un dérivé céto-alcool. Les deux premiers ont aussi été détectés lors du traitement électrochimique, ce qui suggère la probabilité de les trouver dans l'environnement comme les produits de transformation les plus plausibles par des différentes conditions de dégradation. Les tests de toxicité basés sur l'inhibition de la bioluminescence des bactéries marines Vibrio fischeri ont montré que certains PT formés lors de traitement électrochimiques sont plus toxique que la molécule mère, car une augmentation de la toxicité globale de la solution a été observée au début des électrolyses. Néanmoins, la toxicité de la solution est complètement éliminée à la fin des traitements électrochimiques, ce qui indique l'efficacité de ces technologies aussi pour la détoxification des solutions des médicaments traités. Par conséquent, cette étude constitue une contribution importante à l'évaluation des risques environnementaux des produits pharmaceutiques / The present project contributes with valuable data for a better fundamental understanding on the fate of pharmaceutical residues in the environment, dealing with the main challenges concerning this increasingly worrying environmental issue. The used Electrochemical Advanced Oxidation Processes (EAOPs), electro-Fenton (EF) and anodic oxidation (AO), showed to be a very efficient alternative for the mineralization of acid solutions of the pharmaceuticals RNTD and FRSM, attaining almost complete mineralization of the drugs after 6h of electrolysis. A comparative study on the mineralization of RNTD solutions by EF and SPEF processes in a 2.5 L capacity pre-pilot flow plant demonstrates the higher oxidation capacity of SPEF, achieving very good mineralization rates, thus evidencing the potentiality of this technology at greater scale for the treatment of wastewaters containing pharmaceutical products. The application of an EF pre-treatment coupled with a biological process for the degradation of both drugs was conducted. EF pre-pretreatment was capable of enhancing the solution biodegradability envisaging a biological treatment, which efficiently removed the short-chain carboxylic acids that had been formerly generated during the pre-applied electrolysis. In this way, the combination of both processes was confirmed as a very promising technology for the treatment of pharmaceuticals-containing wastewater. Several transformation products (TPs) were detected and identified during the electrochemical oxidation of the studied drugs. Toxicity tests based on the bioluminescence of the marine bacteria V. fischeri. evidenced the toxicity some of these oxidation by-products, since the toxicity of the solution increased on the first stages of the electrolysis. However, the abatement of the toxicity in the final stages of the electrochemical treatments, demonstrated the effectiveness of these technologies for both the mineralization and detoxification of the RNTD and FRSM solutions. The use of the fungi Cunninghanella echinulate for the bioconversion of FRSM led to the formation of three main bio-transofrmation products: the previously identified saluamide and pyridinium, and the new detected keto-alcohol derivate. These TPs were generated by both, biological and electrochemical approches, evidencing their high probability to be found in environmental compartments as the most likely TPs of FRSM by different oxidation conditions. This study is thus presented as a very useful alternative for the assessment of the fate of pharmaceutical residues in the environment

Du fait de sa consommation en plein essor et d’une élimination partielle par les procédés conventionnels de traitement des eaux, l'ibuprofène, un médicament anti-inflammatoire non stéroïdien, a été détecté dans les ressources en eau, suscitant de plus en plus d'inquiétude quant à son impact possible sur l'environnement et la santé. Par ailleurs, les procédés d'oxydation avancée (POA), parmi lesquels la réaction Fenton, ont montré d’excellents résultats pour l'élimination de divers composés organiques. Traditionnellement basé sur l'utilisation du peroxyde d'hydrogène et des ions ferreux en solution, l'application à grande échelle de ce POA est encore limitée par une fenêtre de pH étroite (2 à 4) et une récupération difficile du catalyseur à base de fer. Ce travail a étudié l'oxydation Fenton de l'ibuprofène et l'activation de la réaction par irradiation ultrasonore (US) et rayonnement ultraviolet/visible (UV/Vis) et de manière à abaisser la concentration de fer dissous ou à améliorer l'activité de catalyseurs hétérogènes. A cet effet, on a d'abord évalué l'efficacité des POA individuels homogènes (sonolyse, photolyse, sono- et photo-oxydation avec H2O2, oxydation Fenton), en fonction de paramètres opératoires tels que la longueur d'onde lumineuse et la fréquence ultrasonore. Ensuite, on a examiné leurs combinaisons deux-par-deux et globale (sonophotolyse, oxydation sono-, photo- et sono-photo- Fenton) en mettant l'accent sur l'identification d'effets synergiques. En particulier, les oxydations US/Fenton et Vis/Fenton se sont révélées plus efficaces que la somme des procédés individuels grâce à la sono- et photo-régénération des ions ferreux. Ces résultats ont également servi de référence pour l'évaluation des systèmes hétérogènes. Parmi les solides testés, on a montré qu’une zéolite dopée au fer (de type Fe/ZSM5) était un catalyseur prometteur pour l'oxydation de l'ibuprofène par le peroxyde, en raison d'une efficacité élevée à pH naturel et d’une faible lixiviation du fer. Cependant, dans ce cas, on n’a observé au mieux qu'une addition d’effets des ultrasons ou de la lumière et de l'oxydation Fenton hétérogène. Outre la conversion du polluant et du carbone organique total (COT), la formation des principaux produits de dégradation a été suivie pour différents procédés et des voies possibles de dégradation ont été proposées. L’effet matrice a également été examiné en utilisant un effluent de station, qui a eu pour conséquence de réduire la performance de tous les procédés d'oxydation, en raison d'un pH tampon alcalin ou de l’atténuation de la lumière. / Due to booming consumption and only partial removal by conventional water treatment processes, ibuprofen, a non-steroidal anti-inflammatory drug, has been detected in water resources, raising increasing concerns for possible environmental and health impact. On the other hand, advanced oxidation processes (AOPs), among which Fenton reaction, have shown successful results forremoval of various organic compounds. Traditionally based on the use of hydrogen peroxide and ferrous ions in solution, large-scale application of this AOP is still limited by narrow pH window (2 to 4) and uneasy recovery of iron catalyst. This work investigated Fenton-based oxidation of ibuprofen, and reaction activation by ultrasound (US) irradiation and ultraviolet/visible light (UV/Vis) so as to lower the required concentration of dissolved iron catalyst or improve the activity of heterogeneous counterparts. To that purpose, the efficacy of individual homogeneous AOPs (sonolysis, photolysis, ultrasound/H2O2, light/H2O2, Fenton oxidation) was evaluated first, varying operating parameters such as light wavelength and ultrasound frequency. Then, their two-by-two and overall combinations (sonophotolysis, sono-Fenton, photo-Fenton and sono-photo-Fenton oxidation) were examined with emphasis on the identification of synergistic effects. In particular, combined US/Fenton and Vis/Fenton oxidation were found more effective than the sum of individualprocesses due to sono- and photo-regeneration of ferrous ions. These results also served as a reference for the assessment of heterogeneous systems. Among tested solids, iron-containing zeolite (Fe-ZSM5 type) was shown to be a promising catalyst for peroxide oxidation of ibuprofen due to high efficiency at natural pH and low iron leaching. However, in this case, no more than additive effects was observed between ultrasound/light irradiation and heterogeneous Fenton oxidation. Beside pollutant and Total Organic Carbon conversion, main degradation products were monitored for different processes and some plausible degradation pathways were proposed. Water matrix impact was also addressed using wastewater plant effluent, which resulted into hindered performance of all oxidation processes either due to alkaline buffer or light attenuation effect.

L'utilisation du procédé d'oxydation avancée électrochimique est un moyen simple et économique d'obtention des radicaux hydroxyles (OH*) fortement oxydants. Au cours de ce travail les radicaux ont été utilisés pour la dégradation du chlortoluron, du carbofurane et du bentazone en solution aqueuse. La méthodologie de la recherche expérimentale a été utilisée pour étudier l'influence de quelques paramètres (concentration du chlortoluron, l'intensité du courant et la durée du traitement, etc.) sur la vitesse de dégradation et pour déterminer les conditions optimale de minéralisation. L'évolution de la concentration des pesticides en fonction du temps de traitement montre une cinétique de pseudo-premier ordre (kabs = 4,92 × 109, 3.24 × 109 et 2.63 × 109 mol-1.L.s-1 respectivement pour le chlortoluron, le carbofurane et le bentazone). Dans nos conditions expérimentales optimales (I = 300 mA, [pesticide]0 = 0,125 × 10-3 mol.L-1 et t = 8 h), nous obtenons un taux de minéralisation supérieur à 90% pour les trois pesticides. Dans le cas des molécules étudiées, il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé photo-Fenton (UV/Fe3+/H2O2) est fonction des doses des réactifs utilisés et de la concentration initiale des pesticides à traiter. Une comparaison des performances de minéralisation par les différents procédés étudiés (électro-Fenton (BDD), électro-Fenton (PT), oxydation anodique et photo-Fenton) a montré que les procédés photo-Fenton et électro-Fenton (BDD) permettent d'atteindre des taux de minéralisation très important (≈ 90% au bout de 2 h). La comparaison du coût du traitement montre que le procédé photo-Fenton coûte beaucoup plus chère que le procédé électro-Fenton (BDD). Le plasma d'air humide a été utilisé pour la dégradation du chlortoluron. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été étudiés pour améliorer les performances du glidarc. La combinaison entre TiO2 et Fe2+ permet d'aboutir à 96%de la dégradation du chlortoluron au bout de 3 h.

Les procédés dits d'oxydation avancés (POA) permettent la dégradation totale (minéralisation) en milieu aqueux des polluants organiques persistants et/ou toxiques pour l'homme et pour l'environnement. Cette étude porte sur l'application de deux POA principaux : électro-Fenton et photo-Fenton, au traitement des eaux polluées par des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d'entités oxydantes très réactives, les radicaux hydroxyles (..OH) qui sont capables d'oxyder n'importe quelle polluant organique ou organométallique jusqu'au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Dans le cas des colorants étudiés (BB41, BR46 et BY28), il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé électro-Fenton dépend des paramètres expérimentaux tels que la concentration du catalyseur, l'intensité du courant appliqué, le pH du milieu, etc.. Cette étude a montré que l'électrolyse du colorant suit une cinétique de pseudo premier ordre. Dans les conditions expérimentales optimales (I = 225 mA et [Fe3+]0 = 0,1 mM), les taux de minéralisation obtenus pour des solutions aqueuses des trois colorants étudiés étaient de 93, 82 et 73% pour le BB41, BR46 et BY28 respectivement après 6 h de traitement. Le taux de minéralisation par le procédé photo-Fenton (UV/Fe3+/H2O2) est fonction des doses des réactifs utilisés et des rapports R = [H2O2]/[Fe3+] et R' = [Fe3+]/[substrat]. Ainsi, les taux de minéralisation obtenus sont de l'ordre de 93% pour le BB41, 85% pour le BR46 et de 95% pour le BY28 pour une durée de traitement de 5 heures avec des rapports R = 10 et R' = 40. L'étude de la dégradation du colorant BB41 sur une unité pilote utilisant le rayonnement solaire a montré que le procédé hélio-photo-Fenton est très efficace. Ce procédé s'inscrit dans une perspective de développement durable et son fonctionnement est basé sur une énergie renouvelable. Une comparaison des performances de minéralisation d'un mélange de colorants par les deux procédés étudiés par l'estimation de l'énergie électrique consommée a montré que les procédés photo-Fenton et électro-Fenton permettent d'atteindre des taux de minéralisation très importants et que le procédé électro-Fenton semble être favorisé avec non utilisation de réactifs chimiques et une faible consommation d'énergie électrique.

L'adsorption sur charbon actif est une technique relativement répandue de post-traitement des effluents aqueux. Cependant il ne s'agit pas d'un traitement ultime, puisque les polluants restent concentrés sur la surface solide. Des techniques de régénération doivent donc être mises en œuvre. C'est dans ce contexte qu'ont été étudiés ici les procédés d'oxydation avancée Fenton et photo-Fenton, dont l'efficacité est reconnue pour éliminer la pollution organique. Plus précisément, l'objet de cette thèse est l'étude sur plusieurs cycles consécutifs de l'adsorption du phénol sur charbon actif et de la régénération in-situ de l'adsorbant par oxydation (photo)Fenton. Deux charbons actifs différents ont été étudiés : le premier à la fois micro et mésoporeux (PICA L27) et le second essentiellement microporeux (PICA S23). Deux séries d'expériences ont été ainsi réalisées : 1) d'abord en réacteur agité (adsorption et oxydation en mode batch), 2) puis dans des conditions plus proches du procédé réel, avec une adsorption continue en lit fixe, suivie de l'oxydation batch par recirculation du réactif Fenton au travers du lit saturé. Dans le premier cas, les effets de la concentration en Fe2+ et en H2O2 ont été analysés, montrant que les conditions optimales pour l'oxydation homogène du phénol (sans charbon) ne sont pas les meilleures pour la régénération du charbon saturé par le polluant : une réduction continue de la capacité d'adsorption du L27, de 100% à 23%, est observée après 3 oxydations, en raison de la consommation du charbon et de la diminution de sa surface spécifique. Par contre, une concentration plus élevée de Fe2+ et plus faible de H2O2 (2 fois la stœchiométrie) permettent de retrouver 50% de la capacité initiale d'adsorption pendant au moins 4 cycles consécutifs. Comme il a été vu dans des études précédentes utilisant l'oxydation à l'air (sous température et pression), l'efficacité de régénération est aussi bien plus faible pour le S23 (autour de 20%). Des résultats similaires ont été obtenus sur le réacteur à lit fixe avec recirculation. Durant l'oxydation, le taux de conversion du Carbone Organique Total en phase liquide a atteint à chaque fois une valeur limite, probablement du fait de la formation de complexes entre le fer et les acides carboxyliques produits. L'utilisation de l'irradiation UV, qui est connue pour décomposer ces complexes, a conduit à une minéralisation quasi-totale et a amélioré l'efficacité de régénération du charbon, jusqu'à 56% de la capacité initiale après 2 cycles (contre 40% pour l'oxydation Fenton simple) / Adsorption on activated carbon (AC) is a technique extensively applied for wastewater treatment. However adsorption alone is not an ultimate solution, since the pollutants are just immobilized on the carbon surface. There is thus a need for efficient regeneration techniques. In this context, Fenton and photo-Fenton oxidations, which are promising technologies to destroy organic pollution, have been tested to regenerate the AC. The purposes of this study are the adsorption of phenol on activated carbons and the consecutive in-situ regeneration of carbon by (photo-) Fenton oxidation. Two different operations have been carried out: 1) batch procedure in order to investigate the influence of Fe2+ and H2O2 concentrations; 2) continuous fixed bed adsorption, followed by a batch circulation of the Fenton’s reagent through the saturated AC bed, to examine the efficiency of the real process. Two different activated carbons have been also studied: a both micro- and mesoporous AC (PICA L27) and an only microporous one (PICA S23). In the batch reactor the best conditions found for pollutant mineralization in the homogeneous Fenton system are not the best for AC regeneration: a continuous reduction of adsorption capacity of L27 is observed after 3 oxidations, due to the decrease of both AC weight and surface area. Higher concentration of Fe2+ and lower concentration of H2O2 (2 times the stoechiometry) lead to a 50% recovery of the initial adsorption capacity during at least 4 consecutive cycles for L27, while about 20% for S23. In the consecutive continuous adsorption/batch Fenton oxidation process, the regeneration efficiency reaches 30% to 40% for L27 after two cycles whatever the feed concentration and less than 10% for S23. A photo-Fenton test performed on L27 shows almost complete mineralization (contrary to dark Fenton) and further improves recovery of AC adsorption capacity although not complete (56% after two cycles)

L'installation de décharges sanitaires représente la seule méthode de stockage des déchets ménagers solides dans plusieurs pays. Les lixiviats générés à partir de ces décharges présentent une grande toxicité aigüe et chronique. Lorsqu'ils ne sont pas traités, ces lixiviats peuvent pénétrer dans la nappe phréatique ou contaminer les eaux de surface et donc contribuer à la pollution des eaux. Divers procédés biologiques ont été appliqués au traitement des lixiviats de décharge. Cependant, ces procédés sont relativement inefficaces pour le traitement des lixiviats à cause de la présence de composés bioréfractaires. Les procédés d'oxydation avancée représentent une excellente alternative pour le traitement des eaux polluées par les polluants toxiques et/ou persistants (biorfractaires). Dans ce travail, quelques procédés d'oxydation avancée (procédé Glidarc, électro-Fenton, oxydation anodique et photo-Fenton) ont été appliqués au traitement de deux molécules modèles appartenant chacune à une famille de polluants présents dans la matrice du lixiviat tunisien de la décharge contrôlée de Jebel Chakir (identifiée dans ce travail), à savoir, l'anhydride phtalique et le 8-hydroxyquinoléine sulfate. Pour ces deux molécules, une étude de la dégradation et la minéralisation a été réalisée en optimisant les paramètres expérimentaux. L'étude cinétique montre que la dégradation oxydative des deux polluants étudiés suit une cinétique de réaction du pseudo-premier ordre, avec des temps de dégradation assez courts. Par exemple, avec une anode de Pt, l'oxydation complète de l'anhydride phtalique a été achevée en moins de 15 min sous un courant appliqué de 2,88 mA cm-2. L'identification des intermédiaires aromatiques et carboxyliques à courte chaine carbonée a permis de proposer un mécanisme de dégradation de l'anhydride phtalique par les radicaux hydroxyles. Les valeurs des constantes de vitesse des réactions entre les •OH, et les deux polluants et leurs intermédiaires ont été déterminés par la technique de cinétique de compétition à l'aide d'un composé de référence ; l'acide 4-hydroxybenzoϊque. Le suivi de la toxicité lors du traitement de la solution de 8-HQS par la méthode Microtox®, (une méthode basée sur la mesure de la luminescence des bactéries marines Vibriofischeri) a montré la formation des intermédiaires plus toxiques que les molécules mères. Une comparaison des procédés d'oxydation avancée appliqués a été réalisée pour chacun des polluants. Enfin, différents procédés d'oxydation avancée (procédé Glidarc, électro-Fenton, oxydation anodique et photo-Fenton) ont été appliqués à la dépollution du lixiviat tunisien de Jebel Chakir. Une étude comparative a été réalisée afin d'évaluer le coût des procédés. L'ensemble des résultats obtenus confirme l'efficacité du procédé électro-Fenton pour la dépollution des lixiviats / Pas de résumé en anglais

Dans ces travaux de recherche nous avons cherché à développer et optimiser un procédé d'oxydation avancée dédié au traitement de l'eau. Pour cela, nous avons développé un procédé combinant la génération de radicaux hydroxyles par décharge plasma à pression atmosphérique et un catalyseur fixe. L'originalité de ce travail a été d'utiliser un système d'écoulement permettant l'obtention d'un film liquide (épaisseur<1mm) afin de permettre une interaction entre le plasma, le liquide et la surface catalytique. Les résultats ont montré que l'utilisation d'une décharge de type DBD était préférable au Glidarc, thermique, énergétique et produisant trop de NOx. Les valeurs d'efficacité respectives étaient de 0,67g.kWh-1 pour la DBD et 0,23g.kWh-1 pour le Glidarc. Les résultats ont également montré que le matériau de la contre-électrode/plaque d'écoulement pouvait influencer l'efficacité du procédé. Ainsi dans le cas du laiton, la présence de réactions de corrosion produisant des NO2- réduit l'efficacité de moitié comparée à une plaque d'acier. Le développement d'un modèle CFD 1D à partir des données expérimentales du procédé a été effectué. Ce modèle a permis d'estimer que l'efficacité énergétique de production des HO est de 4,4.10-9 molHO.J-1 pour la décharge DBD. Il a également permis de montrer que le facteur majoritairement limitant était la diffusion moléculaire des espèces dans le liquide. En effet les réactions chimiques ne dure pas plus de 1µs après l'impact du streamer et n'ont lieu que dans les premiers 5% d'épaisseur de liquide. Enfin, un dépôt catalytique de DLC dopé à l'argent et réalisé par rf-PECVD a permis d'améliorer de près de 10% l'efficacité maximale du procédé. / The aim of this research lies in the development and optimization of an advanced oxidation process dedicated to wastewater treatment. This process combines an atmospheric plasma discharge with an immobilized catalyst (Ag-DLC) in order to generate hydroxyl radicals. The novelty of this work relies in the use of a falling thin film system (thickness < 1mm) to promote the interaction between plasma discharge, the solution and the catalytic surface. The results demonstrate the interest of employing a Dielectric Barrier Discharge configuration instead of a Glidarc system. Indeed, the Glidarc system leads to a too high production level of NOx. The efficiencies of these two processes were respectively 0,67 g.kWh-1 and 0,23 g.kWh-1 for the DBD and the Glidarc system. Moreover, the influence of the counter-electrode / flowing plate material on the process efficiency was pointed out. Compared to stainless steel, the presence of corrosion reactions on the brass surface produced NO2- and thus, reduced the process efficiency. The production of HO??radicals at the plasma / water interface was estimated to be 4,4.10-9 molHO.J-1 by the use of 1D CFD modeling. Side reactions such as HO? recombinaison appear as the major limiting factors. Futhermore the model demonstrates that the time needed to complete all the chemical reactions was less than 1 µs and these reactions occurred only in the first 5% of the top liquid film. Finally with an Ag-DLC based catalytic coating elaborated by RF-PECVD, the efficiency was increased to 10% compared to the best efficiency observed with the non-catalytic system.

Au cours des dernières décennies, les produits pharmaceutiques sont devenus une nouvelle préoccupation environnementale. Les produits pharmaceutiques ont été largement détectés dans les eaux souterraines, les eaux de surface et même dans l'eau de boisson, avec une concentration allant du ng au µg L-1 dans les effluents d'eaux usées. Les stations d’épuration ne peuvent pas éliminer complètement tous les produits pharmaceutiques en raison de leur faible concentration dans l’eau et de leur résistance à la dégradation biologique. Dans les procédés d’oxydation avancée (AOP), les méthodes les plus fréquemment utilisées incluent les réactions homogènes telles que le procédé de Fenton, de type Fenton ou le procédé Photo-Fenton.Dans ce travail, un nouveau catalyseur composite BiOCl0,75I0,25 a été synthétisé par méthode de précipitation sous pression ambiante et à basse température, suivie d'une série de caractérisations. De plus, les capacités d'adsorption et de dégradation photocatalytique du catalyseur dans l'eau ont été testées sous une lumière solaire simulée en utilisant deux polluants chimiques (Acétaminophène, acide p-hydroxyphénylacétique). / In recent decades, pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) have emerged as a new environmental concern. Pharmaceuticals have been widely detected in ground water, surface water and even drinking water with a concentration ranging from ng to µg L-1 in wastewater effluents. Sewage treatment plants (STPs) cannot remove completely all pharmaceuticals due to their low concentration in water and resistance to biological degradation. In AOPs, the most frequently used methods include homogeneous reaction such as Fenton, Fenton like or Photo-Fenton process. In this work, composite catalyst BiOCl0.75I0.25 was synthesized by precipitation method under ambient pressure and low temperature followed with a series of characterization. Moreover, the adsorption and photocatalytic degradation abilities of new bismuth catalyst in water are tested under simulated solar light using Acetaminophen, p-hydroxyphenylacetic acid and as chemical pollutant.

Ces dernières années, de plus en plus de composés organiques réfractaires et toxiques ont été détectés dans les eaux usées. Un bon nombre de ces polluants organiques sont difficilement dégradés par des traitements classiques. Les procédés d’oxydation avancée à base de radicaux sulfates (SR-AOP) sont apparus comme une méthode innovante dans le domaine de la décontamination oxydative des eaux polluées. Des études antérieures ont porté sur ces SR-AOP utilisant du peroxodisulfate (PS) ou du peroxomonosulfate (PMS) comme oxydants, en particulier des couples «métaux de transition et oxydants» (systèmes Fe (II)/PS, systèmes Ni(II)/PMS et Co (II))/PMS), où il a été confirmé que SO4•-·présentent des avantages (sélectivité) par rapport au radical hydroxyle (HO•) pour la décontamination des eaux usées contenant des polluants organiques.Dans cette thèse, nous avons généré des radicaux tels que le radical sulfite SO3•-, le radical sulfate SO4•-, le radical peroxomonosulfate SO5•- à partir d’ions métalliques (Cr(VI), le Co(II), le Fe(III)) capables d’activer le sulfite pour la dégradation des composés organiques. L'efficacité d'élimination et le mécanisme d'oxydation ont été étudiés et le rôle des espèces soufrées a été élucidé. / In recent years, more and more refractory and toxic organic compounds are detected in wastewater. Many of these organic pollutants can hardly be degraded by conventional water treatments. Sulfate radical based advanced oxidation process (SR-AOPs), have emerged as a promising method in the field of oxidative decontamination of polluted water. Past studies focused on this SR-AOPs with peroxydisulfate (PS) or peroxymonosulfate (PMS) as oxidants, especially the ‘transition metal + oxidants’ (i.e. Fe(II)/PS system, Ni(II)/PMS system and Co(II)/PMS system), which has been confirmed that SO4·− has advantages over HO in the decontamination of wastewater containing organic pollutants. In this PhD thesis, oxysulfur radicals including sulfite radical SO3·−, sulfate radical SO4·−, peroxymonosulfate radical SO5·− produced by transition metal ions such as Cr(VI), Co(II), Fe(III) activated sulfite were used to degrade organic compounds. The removal efficiency, the oxidation mechanism were examined, and and the role of sulfur species were elucidated.