Elimination des médicaments en solution aqueuse par adsorption sur un nouveau composite polymériques

Abstract

La pression démographique mondiale, conjuguée à l'essor industriel et à l'expansion urbaine sans précédent observés ces dernières décennies, a conduit à une sollicitation excessive des ressources en eau disponibles. En parallèle, les activités anthropiques génèrent des flux croissants de substances polluantes qui se déversent dans les milieux récepteurs, altérant durablement la qualité physicochimique et biologique des eaux continentales et souterraine [1]. Parmi les menaces qui pèsent sur les écosystèmes aquatiques, la présence de micropolluants d'origine pharmaceutique constitue une préoccupation scientifique et sanitaire de premier ordre. Ces molécules bioactives, issues aussi bien de la pharmacopée humaine que vétérinaire, sont détectées à des niveaux de concentration compris entre le ng/L et le mg/L dans de nombreux compartiments hydriques à travers le monde [2]. Qualifiées de contaminants émergents, elles atteignent le milieu naturel principalement par le biais des rejets métaboliques humains, des effluents d'établissements de soins et des insuffisances des filières de traitement des eaux usées, contaminant ainsi les cours d'eau, les nappes phréatiques et, dans certains cas, les réseaux d'eau potable [3]. Les corticoïdes de synthèse, et en particulier la méthylprednisolone, illustrent bien cette problématique. Largement employée en thérapeutique pour ses propriétés anti-inflammatoires et immunosuppressives, cette molécule se retrouve dans les effluents aquatiques où elle peut exercer des effets délétères sur les organismes non-cibles, perturber les équilibres biologiques des écosystèmes et s'introduire dans les réseaux trophiques [4]. La nécessité de contrôler sa présence dans l'environnement aquatique et d'en assurer l'élimination efficace s'inscrit donc dans une démarche de protection à la fois écologique et sanitaire [5]. Les approches conventionnelles de dépollution des eaux, qu'il s'agisse des procédés membranaires, de la coagulation-floculation ou du traitement biologique, se révèlent souvent inadaptées face aux micropolluants pharmaceutiques, en raison de leur faible biodégradabilité et de leur persistance dans les matrices aqueuses. Ces méthodes se heurtent par ailleurs à des contraintes économiques et énergétiques qui limitent leur déploiement à grande échelle [6]. L'adsorption sur matériaux solides se présente dès lors comme une voie technique particulièrement attractive, combinant une mise en œuvre aisée, des performances d'élimination élevées et un bilan coût-efficacité favorable [7]. Dans ce cadre, les argiles naturelles ont fait l'objet d'une attention soutenue de la part de la communauté scientifique. La montmorillonite, appartenant à la famille des smectites, présente 1 Introduction Générale un ensemble de caractéristiques structurales et texturales grande surface spécifique, fort pouvoir d'échange cationique, structure en feuillets gonflants qui en font un adsorbant de choix pour la rétention de contaminants organiques en solution [8]. Toutefois, pour pallier certaines limitations inhérentes à la montmorillonite naturelle, une modification de surface par l'amidon biopolymère d'origine naturelle, biocompatible, biodégradable et fonctionnalisé par des groupements hydroxyles réactifs (OH) a été envisagée. Cette fonctionnalisation vise à renforcer l'affinité du matériau vis-à-vis des molécules pharmaceutiques cibles, tout en améliorant sa stabilité en milieu aqueux [9]. C'est dans cette perspective que s'inscrit le présent travail, qui vise à étudier la capacité de la montmorillonite KSF modifiée par l'amidon à adsorber la méthylprednisolone à partir de solutions aqueuses. L'approche adoptée cherche à élucider les mécanismes gouvernant les interactions entre la surface du matériau composite et la molécule pharmaceutique, tout en évaluant l'influence des principaux paramètres opératoires sur les performances d'élimination, dans l'optique de proposer une solution de traitement durable, économiquement accessible et respectueuse de l'environnement [10]. Ce mémoire est structuré en trois chapitres principaux :  Le premier chapitre est consacré à l’étude bibliographique sur le sujet est constitué de quatre parties. La première partie présente une généralité sur la pollution pharmaceutique et son impact majeure sur l’environnement et la santé humaine. La deuxième partie porte sur le phénomène d’adsorption en détaillant ses mécanismes, ses principes fondamentaux ainsi que les facteurs qui influencent son efficacité. La troisième partie dédiée à la description des matériaux argileux et leurs caractéristiques (notamment la montmorillonite).Enfin, la quatrième partie donne des informations sur l’ozonation qui est une nouvelle méthode très efficace pour la dégradation des médicaments.  Le second chapitre "Partie expérimentale", décrit en détail les matériaux, les produits chimiques et les appareils utilisés, ainsi que la synthèse de modification de la montmorillonite KSF par le polymère qu’est l’amidon, la conduite des essais d'adsorption et la caractérisation des composants.Il présente également l'étude des différents paramètres dans le processus d'extraction du méthylpridnisolone,la régénération de notre adsorbant et finalement le processus d’ozonation