Impacts des non-équilibres physique et chimique sur le transport des antibiotiques en milieux poreux saturés

Impacts of physical and chemical non-equilibria on antibiotics transport in saturated porous media

• Auteur / Autrice : Lian Zhou
• Direction : Khalil Hanna, Laurent Lassabatère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Raynald de Dreuzy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Khalil Hanna, Laurent Lassabatère, Jean-Raynald de Dreuzy, Annette Hofmann, Christophe Tournassat, Jean-François Boily, Johannes Lützenkirchen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annette Hofmann, Christophe Tournassat
• DOI : 10.70675/a44d2195zfe12z4e6fz91d7zcf57eca92ffa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antibiotiques

Oxydes de fer

Adsorption

Oxydoréduction

Mots clés libres

Transport de soluté

Antibiotics

Redox transformation

Iron oxides

Solute transport

Résumé

Les antibiotiques sont apparus au cours des dernières décennies en même temps que divers contaminants dans les eaux de surface, les eaux souterraines et les sols en lien avec leur utilisation intensive pour la santé humaine et animale, l’élevage d'animaux destinés à l'alimentation, ainsi que pour l'agriculture. La pollution des milieux récepteurs par les antibiotiques favorise l’antibiorésistance au sein des communautés bactériennes en présence et peut entraîner des effets néfastes potentiels sur les écosystèmes aquatiques et terrestres. Afin de mieux prémunir les impacts de cette pollution antibiotique, il est nécessaire d'étudier les processus physiques et chimiques impliqués dans le transport des antibiotiques majeurs dans les sols, en prenant en compte les interactions entre processus physiques (écoulements et transport aqueux) et mécanismes chimiques (interactions avec les particules réactives du sol), dans toutes leurs complexités. La sorption et la dégradation des antibiotiques sont des processus importants régissant leur devenir et leur dispersion dans le sol, dépendamment de la nature et à l'abondance relative des phases minérales réactives en présence, telles que les oxydes de fer. Combinant des expériences en batchs (études en statique) et en colonnes de laboratoires (étude en conditions dynamiques) ainsi qu’une approche de modélisation avec des modèles de transport réactif comme outils d'investigation, cette thèse a examiné les processus de sorption et de transformation redox d'antibiotiques tels que la quinolone et la fluoroquinolone sur des surfaces d'oxyde de fer. Les résultats montrent comment les réactions chimiques permettant la sorption et la dégradation se combinent avec les modes d’écoulements pour déterminer le transfert de ces deux antibiotiques dans les milieux poreux saturés.

Antibiotics have emerged in the past few decades as contaminants in surface waters, groundwater bodies and soils due to their misuse and overuse in human and animal health, food-animal production and agriculture. Environmental contamination with antibiotics facilitates the development and spread of antibiotic resistance and may cause potential adverse effects on aquatic and terrestrial environments. In order to further understand the fate of antibiotics in the environment, it is necessary to investigate the physical and chemical processes involved in antibiotics transport in soils, accounting for the interplay between physical processes (aqueous transport) and chemical reactions in their complexity. Sorption and degradation are significant processes governing their transport according to the nature and relative abundance of the reactive mineral phases, e.g., iron oxides. Combining batch and column experiments and reactive modeling, this thesis examined sorption and redox transformation processes of quinolone and fluoroquinolone antibiotics on iron oxide surfaces. Our results clearly demonstrate the interplay between aqueous transport and chemical reactions in saturated porous media.