ReDOx Pol-Chlor

Les sites contaminés par les PCB sont nombreux en France et en Europe, ces polluants étant très persistants dans les sols et eaux souterraines. Les méthodes de remédiation actuelles, limitées au confinement, à l’incinération, au traitement biologique et aux procédés chimiques, restent inefficaces, coûteuses ou polluantes. Parmi elles, l’oxydation chimique in situ (ISCO) présente des avantages : rapidité, coût modéré et mise en œuvre simplifiée. Ce procédé utilise des oxydants (ex. : réactifs de Fenton, permanganate, persulfate) pour dégrader les polluants, mais il pose des défis, comme la gestion du pH, la maîtrise des réactions radicalaires et le risque de métabolites toxiques. Optimiser l’ISCO en explorant des réactifs/catalyseurs alternatifs est crucial pour améliorer la dégradation des PCB tout en préservant l’écosystème du sol. Ce projet vise à relever ces défis pour une remédiation plus durable et efficace.

Ce projet vise à développer une approche innovante pour éliminer les polluants organiques récalcitrants tels que les PCB dans les sols et eaux contaminés, en combinant des réactions de réduction chimique avec une nouvelle génération de catalyseurs à base de fer et des procédés d’oxydation chimique avancée. L’objectif est d’optimiser et maîtriser ces procédés couplés en étudiant les interactions entre paramètres physiques (structure du sol, régime hydrodynamique) et chimiques (pH, type de catalyseur, nature de l’oxydant). Ce projet se distingue par son caractère pionnier, apportant une meilleure compréhension des mécanismes impliqués pour transformer les composés polychlorés en produits non toxiques et biodégradables, tout en ouvrant la voie à des solutions durables, efficaces et respectueuses de l’environnement.

Le projet s’est déroulé en deux phases principales.

Phase 1 : Réduction et oxydation des composés chlorés (PCBs et PCP)

• Tâche 1.1 : Synthèse et caractérisation de catalyseurs ferro-ferriques magnétiques pour une réduction chimique in situ.

• Tâche 1.2 : Production et caractérisation de nanoparticules de fer zéro valent pour la réduction des PCBs. Étude couplée de réduction (Fe0) et d'oxydation (H2O2 ou K2S2O8).
• Tâche 1.3 : Oxydation chimique du PCP dans des sols contaminés, optimisant les paramètres en conditions proches du terrain. Différents réacteurs et oxydants (H2O2, K2S2O8, KMnO4) ont été testés.

Phase 2 : Décontamination par oxydo-réduction chimique avec des ferrates

Cette phase explore pour la première fois l’usage du ferrate pour dégrader les PCB dans des sols contaminés, seul ou en combinaison avec d’autres oxydants (S2O82-, HSO5-). L’objectif est de tirer parti des mécanismes complémentaires d’oxydation pour maximiser l’efficacité.

• Tâche 2.1 : Expériences en batch pour comparer le ferrate à des oxydants classiques, après caractérisation du sol.
• Tâche 2.2 : Étude en réacteur colonne pour identifier les facteurs limitants du traitement.

Le projet vise à maîtriser les mécanismes physico-chimiques, optimiser la dégradation des polluants et définir les paramètres clés pour un traitement efficace.

Ce projet innovant développe de nouveaux réactifs combinant réduction des composés polychlorés et oxydation avancée pour éliminer, voire minéraliser, les polluants des sols contaminés. Le ferrate, parmi les oxydants testés, se distingue par son efficacité exceptionnelle, offrant un taux élevé de dégradation des PCB quelles que soient les conditions. Cette approche pionnière favorise des solutions durables pour l’assainissement des sols, limitant les risques pour les écosystèmes et la santé humaine tout en valorisant les sols dégradés. Elle réduit également les coûts de gestion des sites pollués grâce à des traitements in situ plus efficaces et moins invasifs.

Application et valoristaion :

Les résultats ont été publiés dans des revues internationales (voir liste ci-dessous) et présentées à la conférence internationale « DioXin » Pologne, 2018, et aux journées ESSORT, ADEME 2019.

V. Rybnikova, M. Usman, K. Hanna. Environmental Science and Pollution Research 2016, 23, 17035-17048.

V. Rybnikova, N. Singhal, K. Hanna. Chemical Engineering Journal 2017, 314, 202-211.

R. Marsac, M. Pasturel, K. Hanna. Journal of Physical Chemistry C 2017, 121, 11399-11406.

O. Monfort, M Usman, I. Soutrel, K Hanna. Chemical Engineering Journal 2019, 355, 109-117.

O Monfort, K Hanna. Environmental Chemistry Letters, 2019, 17, 1391-1396.

O. Monfort, M. Usman, K. Hanna. Chemosphere, 2020, 253, 126550.

ENSCR - ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DE CHIMIE (coordinateur), Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Début et fin de projet : Juin 2014 à Juin 2017