Mise au point de procédés membranaires pour l'étude de la matière organique en milieux côtiers

Abstract

L’objectif de ce travail était de mieux appréhender la nature et les propriétés de la matière organique dissoute (MOD) en milieux côtiers. L’étude de ce matériel fortement dilué, chimiquement complexe et souvent associé à de fortes salinités constitue encore aujourd’hui un véritable challenge. Plusieurs procédés membranaires ont été utilisés afin de séparer, d’isoler et de concentrer la matière organique d’échantillons prélevés principalement au niveau de l’estuaire de la Gironde et en Méditerranée. Dans un premier temps, les constituants de la MOD ont été séparés en fonction de leur taille par ultrafiltration tangentielle. L’analyse des différentes fractions par spectrofluorimétrie a permis de déterminer de manière plus précise le type de composés présents dans la MOD d’eaux côtières. La MOD d’échantillons d’eaux douces, saumâtres et marines prélevés en milieux côtiers a ensuite été isolée et concentrée par nanofiltration et/ou osmose inverse (OI). En combinant ces deux procédés, la MOD d’une eau méditerranéenne a pu être rapidement concentrée sans modification apparente de cette dernière. Une part importante de MOD a néanmoins été perdue au cours de l’étape de nanofiltration. L’OI présente elle l’avantage de limiter très fortement les pertes en matière organique, mais elle ne peut pas être utilisée directement pour concentrer la MOD marine, car les sels sont retenus de la même manière que la MOD lors de l’osmose inverse. Une étape de dessalement de l’eau de mer par électrodialyse couplée à l’OI a donc été mise au point, permettant de réduire la teneur en sels de l’eau de mer tout en limitant les modifications et les pertes en MOD.

The aim of this work was to acquire a better knowledge of the nature and properties of dissolved organic matter (DOM) in coastal environments. The study of this chemically complex material, which is present at low concentrations in waters and very often associated to high salinities, is still representing a real challenge nowadays. Several membrane processes (ultrafiltration, nanofiltration, reverse osmosis and electrodialysis) were used to separate, isolate and concentrate organic matter from water samples mainly collected in the Gironde Estuary and in Mediterranean seawater. First, DOM components were separated according to their molecular size by tangential ultrafiltration. The analysis of the different fractions by spectrofluorometry allowed to determine more precisely the type of compounds present in DOM of coastal waters. Then, DOM of fresh, brackish and marine water samples collected in coastal environments was isolated and concentrated by nanofiltration and/or reverse osmosis. By combining these two processes, DOM of a Mediterranean seawater sample was rapidly concentrated without modifying the quality of the organic material. Nevertheless, a large part of DOM was lost during the nanofiltration step. By contrast, during reverse osmosis, DOM losses were limited. However, marine DOM cannot be directly concentrated by reverse osmosis, due to the fact that salts and organic matter are retained in the same way by reverse osmosis membranes. The development of a desalting step of seawater by electrodialysis combined to reverse osmosis was achieved. Thus, the salt content of seawater was greatly reduced, while minimizing DOM modifications and losses.