Etude de la contamination des sols par un résidu pharmaceutique de type antibiotique à usage vétérinaire

Abstract

Cette étude, qui porte sur la contamination des sols par un polluant pharmaceutique, a pour objectif de comprendre le phénomène d’adsorption d’un antibiotique sur des sols agricoles. A cet effet, deux types d’antibiotiques largement employés en médecine vétérinaire, l’amoxicilline (AMX) et la tylosine (TYL), ont été retenus afin d’identifier leurs interactions et leurs distributions au sein des matrices de deux sols (Sol1 et Sol2). Les essais ont d’abord été menés en mode batch pour identifier le mécanisme et les paramètres pouvant influencer l’adsorption puis, en mode dynamique afin de simuler les conditions naturelles de lixiviation de ce type de polluant à travers les horizons du sol. Les essais en mode batch ont montré que cette adsorption est un phénomène rapide qui dépend de plusieurs facteurs : la concentration initiale de l’antibiotique, le temps de contact, la granulométrie du sol, le pH et la température du milieu ainsi que des caractéristiques physico-chimiques du sol. Cette adsorption se ferait principalement par un mécanisme de réaction de surface dû aux forces électrostatiques existantes entre l’antibiotique et la surface du sol. La cinétique d’adsorption est conforme au modèle de pseudo-premier ordre pour les systèmes AMX-Sol1 et TYL-Sol2 et au modèle de pseudo-second ordre pour le système TYL-Sol1. Les isothermes d’adsorption sont bien décrites par le modèle de Sips qui tient compte de l’hétérogénéité de l’adsorbant (sol). L’adsorption est favorisée à basse température et en milieu acide. L’étude thermodynamique a révélé que le phénomène est spontané et de nature physique présentant ainsi un risque élevé de désorption et de migration de l’antibiotique dans le sol. Ces essais ont également montré que le risque de contamination le plus élevé est rencontré lors de l’adsorption de la tylosine sur le sol1. Les essais en mode dynamique conduits avec ce système TYL-Sol1 ont permis de mettre en évidence l’influence de la concentration initiale de l’antibiotique, du débit d'infiltration et de la masse de l’adsorbant (hauteur du lit de sol) sur l'adsorption en lit fixe. L’application des modèles théoriques aux courbes de percée expérimentales indique que le modèle de Yan est bien adapté pour prédire le comportement de l’antibiotique dans la hauteur du sol tandis, que le modèle de Thomas offre de meilleures prédictions pour la capacité maximale d'adsorption de ce polluant. Les essais, réalisés selon un plan factoriel complet à deux niveaux, ont permis d’établir des modèles mathématiques pour prédire les paramètres caractéristiques de l’adsorption en mode dynamique déduits des courbes de percée. Ces modèles indiquent que les temps de percée et de saturation diminuent avec la concentration initiale en TYL et le débit d’infiltration et augmentent avec la masse de l’adsorbant. Le volume de saturation exprimé par masse d’adsorbant diminue avec la concentration initiale en TYL et la masse de l’adsorbant. Ce volume semble peu affecter par le débit d’infiltration. La zone de transfert de masse est positivement impactée par la masse de l’adsorbant et le débit d’infiltration. Enfin, la quantité adsorbée à l’équilibre est uniquement dépendante la concentration initiale du polluant dans l’effluent. Les résultats de cette étude indiquent que le risque de contamination des sols par les résidus d’antibiotiques est indéniable et qu’il serait nécessaire de renforcer la surveillance des rejets afin de limiter les impacts environnementaux et préserver la santé humaine.