Dégradation enzymatique de micropolluants récalcitrants d'origine pharmaceutique

Enzymatic degradation of recalcitrant pharmaceutical micropollutants

• Auteur / Autrice : Ana Luisa Parra Guardado
• Direction : José G. Sanchez Marcano, Marie-Pierre Belleville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 10/05/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Eric Dubreucq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José G. Sanchez Marcano, Marie-Pierre Belleville, Eric Dubreucq, Diana Cardenas Chavez, Claude Jolivalt, Amélie Guillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Diana Cardenas Chavez, Claude Jolivalt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micropolluants

Déchets -- Élimination

Industrie pharmaceutique

Enzymes immobilisées

Mots clés libres

Laccase

Enzymes immobilisées

Médiateurs redox

Micropolluants pharmaceutiques

Biodégradation

Laccases

Enzyme immobilization

Redox mediators

Pharmaceutical micropollutants

Biodegradation

Résumé

Ce travail concerne l'étude de la dégradation enzymatique de micropolluants pharmaceutiques récalcitrants présents dans l'eau. Tout d’abord, les efficacités de trois laccases différentes issues respectivement de : Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) et Myceliophtora thermophila ont été comparés lors d’essais de dépollution de solutions modèles renfermant trois antibiotiques (amoxicilline, ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et un antiépileptique (carbamazépine). Les essais ont été réalisés avec les laccases libres en présence ou non de médiateurs redox. L'impact de plusieurs paramètres opératoires sur les performances des enzymes a également été étudié. Puis, une nouvelle méthode d’immobilisation des laccases impliquant l’activation du support (microparticules à base de silice commerciales) par du glutaraldéhyde en phase vapeur a été mise au point et optimisée en utilisant la méthodologie de plans d’expériences. Après immobilisation, la laccase Tv s’est avérée être la plus active. Des essais de dégradation en présence de médiateurs redox ont confirmé l’efficacité de l’enzyme immobilisée et sa possible réutilisation lors de cycles successifs. La toxicité des solutions après traitement a été évaluée par des tests Microtox®. La laccase Tv a également été immobilisée sur des nanoparticules non commerciales à base de silice ou d’argile ainsi que sur des composites à base de silice et d’argile. La laccase Tv immobilisée sur les supports composites riches en silice a montré une plus grande réactivité et de meilleures performances pour l'élimination des composés cibles.

This work is focused on the study of the enzymatic depletion of recalcitrant pharmaceutical micropollutants in water. The potential degradation of three antibiotics (amoxicillin, ciprofloxacin and sulfamethoxazole) and one anti-epileptic (carbamazepine) was studied with three laccases: Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) and Myceliophtora thermophila. Free laccase systems were evaluated for pharmaceuticals depletion on model solutions in the presence or absence of redox mediators and the impact of several parameters on the performance of laccases for degradation were studied. The enzymes were then immobilized on different solid supports: commercial silica, laboratory synthetized nano-silica and clay based composite nanomaterials and used for degradation tests. A novel methodology for the covalent binding of laccases onto carriers was developed by using glutaraldehyde in vapour phase and the best immobilization conditions were determined through a 23 full factorial design. The immobilized Tv shown the highest activity and was tested in presence of redox mediators. Moreover, the reusability was evaluated in several degradation cycles and the toxicity of the solutions after treatment was assessed with the Microtox® test. In comparison to laccase immobilized on commercial silica, the Tv supported on laboratory synthetized materials showed higher activity and a better performance for the removal of target compounds.