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Soutenance de thèse

par Dominique D - 30 mars 2015

Matthias de Cazes

soutiendra sa thèse le 10 décembre 2014 à 13h30 - Salle de conférences

Conception et étude d’un bioréacteur enzymatique à membrane pour le traitement d’effluents contenant des micropolluants réfractaires d’origine pharmaceutique

Préparée au sein de l’école doctorale Sciences des Procédés – Sciences des Aliments et de l’Institut Européen des Membranes (UMR 5635)

Spécialité : Génie des Procédés

devant le jury composé de :

  • Mme Claire ALBASI, Directeur de Recherche CNRS, Laboratoire de Génie Chimique - Rapporteur
  • Mme Andrea SCHÄFER, Professeur, Karlsruhe Institute of Technology - Rapporteur
  • M. Damià BARCELO, Professeur, Catalan Institute for Water Research - Examinateur
  • M. Stephan BROSILLON, Professeur, Institut Européen des Membranes - Examinateur
  • Mme Marie-Pierre BELLEVILLE, Maître de Conférences, Institut Européen des Membranes - Directrice de thèse
  • M. José Sanchez MARCANO, Directeur de Recherche CNRS, Institut Européen des Membranes - Co-directeur de thèse, responsable scientifique ENDETECH

Résumé :

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse vise à concevoir et optimiser un réacteur enzymatique à membrane pour la dégradation de polluants pharmaceutiques présents à faible concentration dans l’eau. La réaction de dégradation de la tétracycline par la laccase de Trametes versicolor a été choisie comme réaction modèle pour étudier les performances du réacteur. Après une étude sur le potentiel catalytique de la laccase libre vis-à-vis de la dégradation de la tétracycline, cette enzyme a été immobilisée par greffage covalent sur une membrane en céramique. L’influence de divers facteurs tels que le pH ou la température ainsi que les constantes cinétiques ont été déterminées pour l’enzyme libre et greffée. Les conditions d’élaboration des membranes actives ont été optimisées. L’efficacité et la stabilité de celles-ci ont été étudiées sur plusieurs cycles de dégradation lors de la mise en œuvre du procédé enzymatique en pilote. La variation de multiples paramètres tels que la concentration en substrat, le débit d’alimentation ou encore le flux de perméat ont été étudiés pour évaluer leur impact sur les performances du procédé. Enfin une étude de la dégradation de l’érythromycine par l’estérase EreB libre et immobilisée a été menée. La cinétique de réaction étant bien plus rapide que pour le couple laccase/tétracycline, une conversion importante a été observée, et ce même sur plusieurs cycles de dégradation.

Mots clés : réacteur enzymatique à membrane, membrane active, enzyme immobilisée, micropolluants pharmaceutiques, traitement de l’eau.

Abstract :

This thesis work focuses on design and optimization of an enzymatic membrane reactor for the degradation of pharmaceutical pollutants present at low concentration in water. The reaction of tetracycline degradation by laccase from Trametes versicolor was chosen as a model reaction to study the reactor performances. After a study of laccase catalytic potential for tetracycline degradation this enzyme was immobilized by covalent grafting on a ceramic membrane. The impact of different factors such as pH or temperature and kinetics parameters was determined for free and grafted enzymes. The conditions of active membranes elaboration were optimized. Their efficiency and stability were studied over several degradation cycles during implementation of the enzymatic process in the pilot unit. The variation of many parameters such as substrate concentration, feeding flow or permeate flux were studied to evaluate their impact on process performances. Finally a study of erythromycin degradation by free and immobilized EreB esterase was carried out. With faster reaction kinetics than laccase/tetracycline couple, higher conversion was observed even for several degradation cycles.

Key words : enzymatic membrane reactor, active membrane, immobilized enzymes, pharmaceutical micro-pollutants, wastewater treatment.