H/F thèse en Procédé hybride Plasma/carbone activé pour l’élimination des PFAS dans l’eau : remédiation

Sujet de thèse :
Les substances per- et poly-fluoroalkylées (PFAS) détectées dans les eaux de surface, souterraines et potables sont devenues un enjeu majeur de santé publique. En raison de la stabilité chimique des liaisons C-F, les PFAS sont extrêmement réfractaires à la dégradation et s’accumulent ainsi dans l’environnement avec localement de très fortes concentrations. Il est donc impératif de développer de nouveaux procédés d’élimination de ces molécules plus efficaces que les procédés conventionnels (adsorption, osmose…).
Le plasma non thermique (PNT) à pression atmosphérique pour l’élimination des PFAS a été étudié par plusieurs groupes de recherche [1-4]. Il est utilisé comme Procédé d’Oxydation Avancée (POA) permettant de générer O3 mais aussi des espèces à faible durée de vie et à potentiel d’oxydation élevé (HO•, 1O2, O2−) et également des espèces azotées (NO2-, NO3-…) sans ajout chimiques externes. Ces procédés plasmas s’avèrent toutefois insuffisants en termes de taux d’élimination et de minéralisation des PFAS. Ils conduisent à la formation d’espèces fluorées avec des chaînes carbonées raccourcies parfois plus toxiques que la molécule initiale.
Une approche innovante consiste à coupler le plasma non thermique à des catalyseurs ou des matériaux carbonés poreux, des carbones activés (CA). Ces procédés hybrides se sont montrés efficaces en termes de taux d’élimination et de minéralisation pour le traitement de molécules pharmaceutiques ou d’herbicides [5,6].
Le GREMI (expert en procédé plasma) en collaboration avec l’ICMN (expert dans les matériaux carbonés) étudie le couplage des carbones activés greffés avec du Fe (CA-Fe) avec les plasmas non thermiques depuis 2020 [6]. Lors de précédents travaux sur le traitement d’herbicides, il a été montré que ce couplage permet d’améliorer la dégradation des herbicides, de diminuer les produits générés et de minéraliser fortement le carbone organique sans phénomène d’adsorption dans les CA greffés de fer., le CA-Fe jouant alors le rôle de pseudo-catalyseur d’espèces réactives. Ces résultats innovants ont conduit a étudié les couplages PNT/CA appliqués au traitement des PFAS et d’une molécule cible en particulier, le PFOA (C7F15COOH). Les résultats ont montré que le procédé hybride PNT/CA greffés avec du fer peut conduire à une augmentation de l’élimination du PFOA et à une diminution du Carbone Organique Total (COT) en solution. Généralement, même dans le cas de fortes minéralisations (dégradation complète ou presque des molécules organiques) lors des traitements, il peut subsister des composés organiques toxiques qui limitent le développement du procédé de traitement. Peu d’études dans la littérature prennent en compte les effets toxicologiques des molécules produites lors des traitements des polluants dans les eaux de façon générale et encore moins sur les PFAS [7,8]. Aussi, des premières études de toxicité des solutions avant/après traiteme
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