Les organoclays peuvent-ils jouer le double rôle de barrière étanche et de rétention pour les contaminants pharmaceutiques ?

Résumé : De par leurs bonnes propriétés d’étanchéité et de rétention des polluants, les matériaux argileux riches en smectite sont communément utilisés comme barrière géosynthétique dans les sites de stockage de déchets ou les bassins de rétention d’eau contaminée. Si ces matériaux sont reconnus pour piéger les contaminants chargés positivement par échange cationique ou par complexation de surface, ils sont moins performants pour retenir des composés neutres ou anioniques, comme c’est le cas de certains composés pharmaceutiques. C’est pourquoi les organoclays, matériaux hybrides à base de minéraux argileux et de surfactants cationiques, sont proposés comme des alternatives réalistes pour l’adsorption de contaminants pharmaceutiques. Si leur efficacité de rétention a été démontrée lors d’expériences en batch [1-3], peu voire aucune étude n’a pu mettre en évidence leurs performances d’étanchéité lors d’expériences de percolation, où la solution est en permanence renouvelée. Dans un premier temps, les propriétés hydromécaniques de différents organoclays ont été déterminées grâce à des expériences de percolation à l’eau en utilisant une cellule œdométrique couplée avec un système d’injection sous pression contrôlée. Cette technique permet de simuler le comportement d’un matériau compacté (0,5 MPa) puis infiltré avec des solutions choisies (eau pure ou solutions avec des contaminants) sous une pression constante (0,3 MPa dans cette étude), donc avec un rapport solide/solution élevé, ce qui est le cas dans le sol ou dans une barrière argileuse. Les organoclays ont été synthétisés à partir de la smectite de référence du Wyoming échangée sodique et de surfactants cationiques, et plusieurs paramètres ont été testés : (i) la longueur de la chaîne carbonée (1, 4, 8 et 16 carbones), (ii) la présence ou non d’un cycle aromatique, (iii) la concentration du surfactant (à 0,4 et 1 fois la CEC). Les résultats obtenus par œdométrie et diffraction des rayons X à hygrométrie contrôlée montrent l’importance de la nature du surfactant et de son organisation sur les propriétés hydriques macroscopiques (gonflement et conductivité hydraulique) et microscopiques (gonflement à l’échelle du feuillet) des organoclays. La smectite échangée sodique se caractérise par un gonflement macroscopique considérable, avec une déformation axiale atteignant 37%, tandis que tous les organoclays testés gonflent peu, avec une déformation de 4% pour ceux à courte chaîne carbonée, voire pas du tout pour ceux à longue chaîne carbonée. De plus, quel que soit le surfactant intercalé, la conductivité hydraulique est fortement augmentée comparativement à la smectite de référence non traitée (k=10-12 m/s) : de deux ordres de grandeur pour les organoclays à courte chaîne carbonée ou avec un cycle aromatique (k=10-10 m/s) jusque trois ordres de grandeur pour ceux à longue chaîne carbonée (k=10-9 m/s). Ces pertes significatives d’étanchéité vont conduire également à des durées d’interaction plus faibles entre les organoclays et les contaminants pharmaceutiques en solution, ce qui sera préjudiciable pour les mécanismes d’adsorption. Ceux-ci ont été appréhendés en particulier dans le cas de l’amoxicilline, un des antibiotiques les plus utilisés pour le traitement d’infections bactériennes, et présent sous forme neutre en solution (C16H19N3O5S). Les premiers résultats de percolation montrent que l’amoxicilline semble mieux retenue par l’organoclay possédant une longue chaîne carbonée comparativement à celui à chaîne courte. Références : [1] Akcay G., Kilinc E., Akcay M. (2009). The equilibrium and kinetics studies of fluorbiprofen adsorption onto tetrabutylammonium montmorillonite (TBAM). Colloid Surface A, 335, 189-193 [2] De Oliveira T., Guégan R. (2016) Coupled organoclay/micelle action for the adsorption of diclofenac. Environmental Science and Technology, 50, 10209-10215 [3] De Oliveira T., Guégan R., Thiebault T., Le Milbeau C., Muller F., Teixeira V., Giovanela M., Boussafir M. (2017). Adsorption of diclofenac onto organoclays: effects of surfactant and environmental (pH and temperature) conditions. Journal of Hazardous Materials, 323, 558-566.
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Contributor : Nathalie Pothier <>
Submitted on : Tuesday, May 9, 2017 - 8:59:00 AM
Last modification on : Friday, May 10, 2019 - 1:54:16 PM

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  • HAL Id : insu-01519652, version 1

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Lydie Le Forestier, Régis Guégan. Les organoclays peuvent-ils jouer le double rôle de barrière étanche et de rétention pour les contaminants pharmaceutiques ? . 15ème Colloque du Groupe Français des Argiles (GFA), May 2017, Marseille, France. ⟨insu-01519652⟩

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