Epuration d'effluents pharmaceutiques par plasmas non thermiques couplés à des procédés catalytiques

Le travail de cette thèse vise à étudier un procédé hybride pour le traitement de molécules organiques dans l’eau. Il s’agit du procédé Plasma Non Thermique (NTP) couplé à la catalyse hétérogène de type (Fenton-like). Le paracétamol est utilisé comme la molécule modèle pour cette étude. Deux configurations différentes de réacteur plasma de type Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) ont été utilisées : (i) un réacteur multipointes-plan en mode statique ; (ii) un réacteur coaxial tubulaire avec écoulement de la solution à traiter. Afin d’évaluer la synergie entre les deux procédés (plasma et catalyse), les traitements ont été appliqués séparément puis couplés. Les effets synergiques du procédé couplé plasma-catalyse ont été démontré en termes de taux de dégradation, de rendement énergétique et également en termes de la minéralisation de polluant, correspondant à une diminution de la charge organique de la solution avec la conversion du carbone organique en carbone inorganique. La première partie du travail réalisée avec le réacteur multipointes-plan a permis d’établir le rôle efficace du couplage plasma-catalyse en comparaison avec le procédé de plasma seul. En effet, en couplage, une minéralisation de 54 % a été atteinte après traitement de 60 minutes et que le rendement énergétique est augmenté d’un facteur de deux, réduisant ainsi le coût du traitement. Les travaux réalisés sur le réacteur coaxial ont permis d’étudier l’effet de nombreux paramètres sur le couplage plasma-catalyse comme la composition du gaz injecté, du débit de gaz et de liquide, la position du catalyseur par rapport à la décharge plasma, etc. Nous avons ainsi pu montrer l’intérêt de travailler dans un gaz riche en oxygène sur les cinétiques de dégradation et de minéralisation ainsi que le rôle de la puissance électrique appliquée sur les mécanismes d’oxydation. Par exemple, il a été possible d’obtenir une minéralisation de 70 % après 90 min de traitement sous air alors que sous O₂/N₂ (80/20 sccm), la minéralisation atteignait 95 %. La stabilité du catalyseur a également été étudiée en termes de minéralisation après plusieurs réutilisations du catalyseur. Nous avons également démontré le rôle du radical hydroxyle (·OH) sur le traitement avec l’utilisation de piégeurs de radicaux. Effectivement, en présence du méthanol, consommateur des radicaux hydroxyles, une diminution de la dégradation de près de de 50 % a été obtenue et aucune minéralisation n’a été observée.