Adsorption de contaminants organiques sur des substrats naturels. – (Quentin Desdion / LCPQ / Thèse). – 16/12/2024, 14H

Soutenance de thèse

Quentin Desdion, LCPQ, Salle de conférence, Bat. 3R4

Résumé:

La valorisation des ressources en eau est un enjeu majeur au regard des impacts du changement climatique, des flux de populations (tourisme, étalement urbain), des épidémies… L’ensemble des usages de l’eau est concerné : alimentation en eau potable et assainissement, usages agricoles et industriels. Cependant, ces ressources en eau sont souvent contaminées par des composés organiques variés. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse consistent à étudier le comportement de contaminants organiques dans l’eau et les interactions entre ces contaminants et des substrats naturels inorganiques comme les argiles (matière minérale du sol). L’objectif global est une meilleure compréhension des processus de désorption des contaminants organiques (ici des pesticides) qui ont été adsorbés sur la matière minérale du sol, après leur utilisation. La micro-hydratation de deux pesticides a été étudié, le fenhexamide (Fen) et la métamitrone (Meta). Ces deux pesticides ont également été étudiés en interaction avec un cation, Ca2+, en condition microhydratatée. L’étude de la surface d’énergie potentielle des complexes Pest-(H2O)n et Pest-Ca2+-(H2O)n (avec Pest : [Fen ; Meta]) a été réalisée en utilisant les approches PTMD (pour Parallel Tempering Molecular Dynamic) ou PTMC (pour Parallel Tempering Monte Carlo) puis en optimisant localement en DFTB (paramètre 3ob avec correction de dispersion) et en DFT (au niveau de calcul B3LYP-D3/6-311+G(2d,2p). Dans les complexes Pest-(H2O)n, e nous avons pu mettre en évidence une compétition entre le nombre de sites d’interaction de l’eau sur Fen et Meta d et la conservation d’un grand nombre de liaisons hydrogène intermoléculaires au sein de l’agrégat d’eau selon le nombre n de molécules d’eau impliqués dans le complexe.. Nous avons également pu rendre compte de la préférence de complexation des molécules d’eau sur Ca2+ au sein du complexe Pest-Ca2+-(H2O)n, mettant en avant l’importance de la première sphère d’hydratation du cation. Enfin, nous avons pu étudier la désorption de Fen depuis une surface de Montmorillonite (Mont) microhydratée à l’aide de la méthode CPMD (pour Car-Parrinello Molecular Dynamic) avec un échantillonage de type « Umbrella Sampling ». Ceci nous a permis de mettre en évidence que le mécanisme de désorption de Fen depuis Mont microhydratée est proche du mécanisme obtenu pour Fen-Mont totalementhydratée : le complexe Fen-Ca2+ commence par s’éloigner de la surface de Mont, l’interaction entre Fen et Ca2+ est brisée à plus longue distance. Ce type de mécanisme a également été observé pour l’atrazine depuis la surface de Ca-Montmorillonite hydratée. Les différences observées concernent les barrières énergétiques et l’orientation du pesticide par rapport à la surface.