Soutenance de thèse de Rana CHEHAB

La désinfection de l’eau par le chlore est largement répandue dans le monde afin de limiter les risques d’infections liés à la qualité microbiologique de l’eau. Cependant, le chlore peut réagir avec des composés organiques et inorganiques présents dans les eaux en formant des sous-produits de désinfection qui posent des problèmes de santé humaine au vu de leur toxicité. Parmi ces sous-produits, les chloramines inorganiques et les trihalométhanes sont les composés majeurs formés dans les eaux. La quantification de ces sous-produits de désinfection est un défi majeur car il n’existe pas jusqu’à maintenant de méthode d’analyse sur site, sensible, sélective, simple, automatisable et peu coûteuse pour doser et différencier les chloramines inorganiques, ou pour analyser les trihalométhanes totaux sans interférences par d’autres composés. L’objectif de cette recherche est de développer d’une part une méthode pour analyser les chloramines (ou les bromamines) inorganiques et, d’autre part, une méthode pour analyser les trihalométhanes dans les eaux. Les systèmes développés dans cette étude sont basés sur des méthodes d’analyse en flux afin de faciliter l’automatisation de ces systèmes et de minimiser leur coût de développement. Le premier système développé repose sur une méthode originale d’analyse en flux des chloramines inorganiques dans les eaux, utilisant la chromatographie multi-seringue (MSC). Les chloramines inorganiques sont éluées et séparées sur une colonne monolithique basse pression, puis dérivées par une réaction post colonne avec un chromophore spécifique (ABTS) afin d’améliorer la sensibilité (limites de détection autour de 10 µg.L-1) et la sélectivité de la quantification (pas d’interférences des chloramines organiques). Une méthode de discrimination des espèces réactives du chlore (chlore libre, chloramines) et du brome (brome libre, bromamines) est également proposée en adaptant les conditions du milieu réactionnel. Le deuxième système a été développé pour l’analyse des trihalométhanes ; il utilise une version améliorée de la réaction de Fujiwara. L’optimisation de cette réaction a permis de la réaliser à température ambiante grâce à l’utilisation d’un solvant organique (DMSO), tout en améliorant les performances analytiques de cette réaction. Le couplage de cette réaction à une méthode d’extraction et de préconcentration sur phase solide a permis d’obtenir une méthode sélective avec des limites de quantification répondant aux critères de la réglementation européenne pour l’analyse des eaux destinées à la consommation humaine. Ces deux systèmes permettent ainsi de quantifier ces deux familles de sous-produits de désinfection d’une manière sensible, fiable, sélective et peu coûteuse en utilisant des techniques d’analyse automatisées et adaptable à une mesure sur site.

Chlorination of water is widely used to reduce the risk of waterborne infections. However, even if chlorine is very disinfectant-effective, it can also react with organic and inorganic species present in water leading to the formation of unwanted disinfection-by-products. These latter, especially inorganic chloramines and trihalomethanes, are known to pose human health problems. The quantification of these disinfection-by-products is a major challenge because as far as we know there is no sensitive, selective, simple, automated and low-cost method that can discriminate inorganic chloramines or analyze total trihalomethanes without interferences from other compounds. The objective of this research is thus, in one hand, to develop a method to analyze inorganic chloramines (or bromamines) and, in another hand, a method to analyze trihalomethanes in water. The two systems developed in this study are based on flow analysis methods in order to facilitate the automatization of these systems and minimize the cost of their developments. The first system developed is based on an original of inorganic chloramines flow analysis method in water, using a Multi-Syringe Chromatography module (MSC). Inorganic chloramines are eluted and separated by using a monolithic low-pressure column, then post-column derivatized with a chromophoric reagent (ABTS) to improve sensitivity (detection limits around 10 µg.L-1) and selectivity (no interferences from organic chloramines). A method to differentiate chlorine reactive species (free chlorine and chloramines) and bromine reactive species (free bromine and bromamines) is also proposed by optimizing the reaction medium conditions. The second system has been developed to analyze trihalomethanes in water; it used an improved version of the Fujiwara reaction. The optimization of this reaction allows to carry it out at room temperature thanks to use of an organic solvent (DMSO), while improving the performances of the method. Coupling of this reaction with a solid phase extraction and preconcentration method leads to reach very good quantification limits, consistent with the requirements of the European regulation on drinking waters. The development of these two systems enables quantification of these two families of disinfection by-products in a sensitive, reliable, selective and cheap way using automated analysis techniques, and adaptable to on-site analysis.