Academic literature on the topic 'Pollution azotée'

Dans les régions de productions animales intensives, l’élimination des déjections constitue un problème crucial, en raison principalement des risques de pollution des eaux par les nitrates et de l’air par l’ammoniac. On a envisagé récemment, comme alternative ou en complément du traitement des effluents, des solutions préventives visant à réduire les rejets azotés à la source. Il s’agit principalement de mieux adapter l’apport protéique de l’aliment et d’améliorer les performances des animaux. Dans le contexte de la nouvelle politique agricole commune (PAC), nous avons tenté d’évaluer le coût de cette approche préventive. Les résultats montrent que la réforme de la PAC induit des modifications importantes dans la formulation des régimes. On constate ainsi une réduction de 1 à 1,5 point de la teneur en protéines des aliments qui s’accompagne d’une diminution de l’excrétion azotée de 0,2 à 0,4 kg/porc. Cependant, cette évolution est très sensible aux rapports de prix entre sources de protéines et d’énergie. La modification de la conduite de l’alimentation permet de réduire le rejet azoté jusqu’à 500 g/porc, tout en réduisant le coût “ matières premières ” de l’aliment de 8 à 13 F/porc (3 à 5%). Mais cette approche induit des investissements supplémentaires au niveau de l’élevage en terme de stockage et de distribution d’aliment. L’amélioration de l’équilibre du régime en acides aminés s’accompagne d’une augmentation du coût alimentaire d’autant plus importante que l’on s’éloigne de la solution optimale. Une réduction du rejet azoté de 500 g/porc entraîne ainsi un coût supplémentaire de 2 à 4 F /porc. Si l’on combine l’amélioration de la stratégie d’alimentation et l’amélioration de l’équilibre protéique du régime, on peut réduire le rejet azoté d’environ 20 à 25 % sans augmenter significativement le coût matières premières de l’aliment.

Résumé Des études portant sur l’épuration des eaux usées domestiques ont été menées sur une filière de trois bassins en série de lagunage à microphytes à la station expérimentale de l’Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement (2IE). Cette filière comporte : un bassin anaérobie (BA), un bassin facultatif (BF) et un bassin de maturation (BM). Des mesures d’indicateurs de qualité ont été effectuées pendant dix mois sur des échantillons prélevés suivant une fréquence bihebdomadaire pour certains et hebdomadaire pour d’autres. Les rendements épuratoires moyens atteignent 66 % pour les MES, 81 % pour la DCO et 87 % pour la DBO5. Le résiduel de MES de l’effluent traité répond, dans 76 % des mesures, aux normes de rejet recommandées par la directive de l’Union Européenne (< 150 mg L‑1). L’élimination du phosphore est faible et instable avec un rendement moyen de 17,2 % pour le phosphore total et 19,2 % pour les ortho-phosphates. La réduction de la pollution azotée atteint en moyenne 76 % en NTK et 38,4 % en azote ammoniacal. De manière globale, les teneurs résiduelles en azote et en phosphore restent assez élevées par rapport à la limite tolérable pour un rejet d’effluent dans un écosystème sensible à l’eutrophisation. L’abattement de la pollution bactérienne est important allant jusqu’à 4,9 ulog pour les coliformes fécaux; mais la teneur résiduelle moyenne (5,4 × 103 unités formant des colonies (ufc)/100 mL) reste tout de même supérieure à la directive OMS (≤ 1 000 ufc/100 mL) pour une réutilisation non restrictive en irrigation. Concernant la charge parasitaire, les études ont montré que la filière assure une élimination totale (100 %) des oeufs d’helminthes et des kystes de protozoaires.

Dans les zones de production porcine intensive, l’élimination des déjections devient un problème crucial, en raison principalement des risques de pollution des eaux par les nitrates et des émanations d’ammoniac. L’azote excrété dans les urines et les fèces correspond à la fraction de l’apport alimentaire non retenue dans les protéines corporelles. Dans les conditions habituelles d’alimentation, le porc à l’engrais excrète en moyenne l’équivalent de 15 à 20% de l’azote ingéré, par voie fécale, et 40 à 45% par voie urinaire, soit au total environ 60 à 70% de l’ingéré. La modélisation permet de prévoir avec précision l’importance des rejets azotés en fonction des apports alimentaires de protéines et des performances des animaux. Les différents résultats disponibles montrent qu’il est possible de réduire préventivement les rejets azotés des porcs, en modifiant la stratégie d’alimentation ou les performances. Un aliment adapté à chaque stade physiologique et un meilleur ajustement de l’équilibre en acides aminés, constituent deux méthodes complémentaires et efficaces pour réduire l’excrétion azotée des animaux. Une réduction de 15 à 25% des rejets d’azote dans le lisier et des émanations d’ammoniac dans l’atmosphère peut être envisagée, sans augmentation importante du coût alimentaire. On peut également souligner l’effet intéressant de l’amélioration du niveau des performances, sur la limitation des rejets. En période de reproduction, le paramètre le plus important est le nombre de porcelets produits par truie et par an, alors que, chez le porc en croissance, l’excrétion est principalement affectée par l’indice de consommation.

Une méthode d’évaluation et de localisation des risques de pollution nitrique diffuse des eaux souterraines, liés à la diversité des systèmes d’élevage de ruminants et à leurs assolements caractéristiques, est mise au point et appliquée sur les 2211 exploitations présentes en 1993 dans la plaine des Vosges. Cette méthode associe des mesures des lixiviations nitriques réelles sous des parcelles agricoles, une typologie des exploitations d’élevage qui contient des informations sur les assolements et un système d’information géographique qui permet de localiser les informations au sein d’unités territoriales de gestion des ressources en eau. Les exploitations combinant des surfaces importantes en grandes cultures et un système fourrager à base de maïs génèrent actuellement les plus forts risques de pollution par les nitrates, alors que les exploitations spécialisées dans les productions de lait et/ou de viande à base d’herbe apparaissent les moins polluantes. La localisation des types d’exploitation permet d’identifier des zones géographiques exposées à un fort risque de pollution d’origine agricole, caractérisées par une combinaison des types d’exploitation d’élevage

L'assainissement non collectif ou autonome (ANC) est un dispositif assurant la collecte, le traitement et l’évacuation des eaux usées domestiques de manière autonome, à proximité de l’habitation, là où le coût d'infrastructures collectif serait trop élevé. Les travaux de recherche effectués dans le cadre du projet Gessol, Ancres, se penchent sur l'efficacité de l'ANC et notamment celle du filtre à sable non drainé et du sol dans l'élimination de la pollution carbonée, azotée et des micropolluants émergents parabènes et triclosan. Pour ce faire, un dispositif neuf, équipé d'un système de collecte et de prélèvement de l'eau a été suivi pendant 18 mois. Les premiers résultats indiquent un abattement de plus de 80 % de la pollution entrante avec une contribution non négligeable du sol. En ce qui concerne les parabènes et triclosan, on observe pour les parabènes une élimination de 87 % entre la sortie de la fosse septique et la sortie du massif filtrant. Le sol ne contribue pas significativement à leur élimination. Pour le triclosan, l'abattement global est de 72 % avec une contribution majoritaire (47 %) par le sol. Les différences entre les deux substances sont probablement dues à leur structure moléculaire.

L’infiltration-percolation est un procédé extensif de traitement des eaux usées urbaines permettant la dégradation de la matière organique et l’oxydation de l’azote. L’objectif principal de ce travail de recherche est d’étudier l’influence de l’aération du massif filtrant sur les performances épuratoires du procédé d’infiltration-percolation. Les résultats d’analyses ont montré que les colonnes de laboratoire équipées de systèmes d’aération ont favorisé les meilleurs taux d’abattement de la pollution organique et azotée. La matière organique exprimée en termes de DCO (demande chimique en oxygène) a été éliminée à hauteur de 58,35 % et 81,11 % respectivement pour les colonnes d’infiltration dépourvue et pourvue d’un système d’aération centrale et périphérique. Les rendements d’abattement de l’azote ammoniacal ont été respectivement 74,11 % et 92,14 %. Les résultats expérimentaux ont montré aussi que la capacité d’oxydation du filtre dépend de la réoxygénation du massif filtrant. Plus le renouvellement de la phase gazeuse du milieu poreux est assuré, meilleure est la capacité d’oxydation.

Une expertise scientifique collective conduite par l’Inra (INRA 2012) pointe l’importance des flux d’azote liés aux activités d’élevage et identifie des leviers pour limiter la pression sur l’environnement. Depuis une vingtaine d’années, les pollutions azotées font l’objet de diverses législations et plans d’action dans le cadre des politiques relatives à la qualité des eaux, de l’air et des écosystèmes. La transposition de la directive «Nitrates» (12 décembre 1991) fait actuellement l’objet d’un contentieux avec la commission européenne. C’est dans ce contexte que les ministères français en charge de l’Agriculture et de l’Ecologie ont sollicité l’Inra pour dresser un bilan de l’état des connaissances scientifiques sur les flux d’azote en élevage et leur devenir. L’objectif était de mettre à disposition des décideurs et des acteurs publics et privés les connaissances scientifiques actualisées et d’identifier des options permettant de réduire les pressions de l’azote sur l’environnement. 1/LA MÉTHODE D’EXPERTISE SCIENTIFIQUE COLLECTIVELe travail d’expertise a été porté par un collectif de 22 experts. Deux tiers d’entre eux appartiennent à l’Inra, un tiers à d’autres organismes de recherche (Irstea, CNRS, universités) dont deux experts des Pays-Bas (WUR) et un du Canada (Agriculture et Agroalimentaire Canada). Les sciences sociales ont fourni un quart de l’effectif d’experts, la zootechnie et l’approche systémique des systèmes d’élevage 40% et le complément regroupe des spécialistes des cycles biogéochimiques et de l’agronomie. La méthode a consisté à dresser un état des lieux critique des connaissances scientifiques publiées. Quelque 1360 références bibliographiques (2900 auteurs) ont été sélectionnées parmi les articles les plus récents (80% des sources sont postérieures à 1998) et relatifs ou transposables au cadre géographique français. L’analyse a privilégié l’échelle de l’exploitation agricole car c’est l’unité de référence des politiques agricoles et environnementales et des actions agronomiques. Cependant les informations scientifiques portent souvent sur un niveau infra : l’animal, l’atelier d’élevage, la parcelle, le bâtiment, la zone de stockage, etc., ou sur un niveau supra : le bassin versant, le paysage, les statistiques et modélisations nationales et internationales. Ces différents niveaux d’information ont permis d’approcher les variations entre productions et celles liées aux pratiques agricoles. 2 / L’EXPERTISE A MIS EN AVANT LE RÔLE MAJEUR DE L’ÉLEVAGE DANS LES FLUX D’AZOTE ET LES IMPACTS POTENTIELS 2.1 / Les flux d’azote en élevage et les fuites vers l’environnement sont élevésL’élevage utilise plus des trois quarts des quantités d’azote entrant dans les systèmes agricoles. Mais l’efficience, c’est-à-dire le rapport entre les sorties valorisées et les entrées d’azote, calculée au niveau de l’animal est globalement faible : souvent beaucoup moins de la moitié de l’azote ingéré se retrouve sous forme de protéines consommables, lait, œufs et viande. A l’échelle de l’exploitation d’élevage, une part de l’azote excrété dans les déjections est recyclée avec les effluents mais l’efficience reste néanmoins généralement inférieure à 50%. Le reste de l’azote se disperse dans l’environnement. L’élevage contribue ainsi pour environ la moitié aux pertes nationales de nitrates vers les eaux, et pour plus des trois quarts aux émissions nationales atmosphériques azotées, notamment sous forme d’ammoniac (et jusqu’à 90% si on tient compte du fait qu’une grande partie des engrais industriels est employée sur les cultures utilisées pour produire des aliments du bétail). L’azote se trouve de ce fait à la croisée de préoccupations croissantes en termes de compétitivité des filières animales et d’impacts sur l’environnement et sur la santé humaine. Ces impacts ont été récemment décrits dans une expertise européenne (European Nitrogen Assessment 2011). Ils interviennent au niveau de l’écosystème environnant (dépôts de NH3), de la région (NH3, NO3 -) et plus globalement dans le changement climatique (émissions de N2O). 2.2 / La question de l’azote ne se réduit pas à celles du nitrate, les émissions de NH3 constituent un enjeu fort Alors qu’en France, la question du nitrate a longtemps focalisé les débats, dans certains pays d’Europe du Nord, l’ammoniacest aussi de longue date au centre des préoccupations. D’abord étudié pour son rôle dans l’acidification et l’eutrophisation des milieux, l’ammoniac est aujourd’hui examiné dans le cadre de la pollution de l’air par les particules. Au niveau national, le premier contributeur d’émissions d’ammoniac est l’élevage bovin. 2.3 / Risques et impacts dépendent aussi de la sensibilité des territoires et de leur capacité d’épurationLes teneurs en nitrate des eaux ne dépendent pas seulement du niveau de surplus des bilans azotés mais aussi du climat, des types de sol, de la topographie et des modes d’occupation des sols : densité animale, part des terres agricoles dans les utilisations totales des surfaces, importance des prairies permanentes, etc. La présence majoritaire de prairies au sein des territoires réduit les risques de fuites de nitrate et d’émissions d’ammoniac. 3/LES FLUX D’AZOTE SONT AUSSI DÉTERMINÉS PAR DES CONSIDÉRATIONS ÉCONOMIQUES ET JURIDIQUES3.1 / La concentration spatiale des élevages a un rôle déterminant dans les impacts des pollutions azotéesLes plus fortes pressions azotées se situent dans les territoires de l’Ouest qui combinent productions de ruminants et de monogastriques. Les quantités d’azote contenues dans les effluents y dépassent parfois largement les capacités d’absorption des surfaces agricoles. Les territoires d’élevage plus extensifs connaissent des pressions azotées faibles. Cette hétérogénéité s’explique par la concentration géographique des filières animales, résultant principalement de facteurs économiques dont les moteurs relèvent des économies d’échelle et des économies d’agglomération qui sont liées à l’intensification et à la spécialisation des élevages ainsi qu’à leur concentration territoriale. La littérature scientifique pointe la difficulté de sortir d’une telle trajectoire, notamment parce que le fonctionnement technique et économique des acteurs des filières (producteurs d’intrants, éleveurs, transformateurs) est étroitement dépendant. 3.2 / L’encadrement juridique n’a pas permis d’atteindre les objectifs environnementaux La réglementation française a abouti à une multiplicité de zonages auxquels sont dédiés des normes, obligations ou programmes d’action volontaire. L’architecture d’ensemble est confuse et ses résultats critiqués de longue date. Parmi les difficultés rencontrées, la littérature pointe i) le caractère diffus des pollutions, qui, à la différence d’autres pays, n’a pas incité en France àune responsabilisation individuelle des éleveurs, ii) l’intégration de préoccupations économiques et sociales dans les politiques environnementales, iii) le suivi des objectifs environnementaux confié aux acteurs du développement agricole et les échelles administratives peu pertinentes vis-à-vis du réseau hydrographique. Enfin, la multiplicité des formes de pollution azotée pose la question de la cohérence d’ensemble des politiques, notamment entre les critères de la directive «Nitrates» et ceux la Convention de Genève sur la pollution atmosphérique (1979). 4/DE NOMBREUSES PISTES DE PROGRÈS EXISTENT QUI ENGAGENT PLUS OU MOINS EXPLOITANTS AGRICO- LES, TERRITOIRES ET FILIÈRES D’ÉLEVAGE4.1 / Améliorer les pratiques à l’échelle de l’exploitationLa littérature fournit de nombreuses pistes d’actions pour limiter les pertes d’azote dans l’exploitation (figure 1). Il est encore possible d’optimiser la nutrition azotée des animaux, cependant les gains escomptés sont modestes en regard des enjeux. La maîtrise de la chaîne de gestion des effluents ouvre plus de marges de manœuvre pour préserver l’azote organique et réduire les achats d’engrais minéraux. En effet, selon les modalités de gestion des effluents, les fuites vers l’environnement varient de 30 à 75% de l’azote rejeté par les animaux. Des innovations sont déjà disponibles pour le stockage et l’épandage, même si les incertitudes sur les facteurs de variation des émissions sont encore grandes. Il est enfin démontré que développer les prairies à base de légumineuses, les cultures intermédiaires pièges à nitrate (Cipan) et ajuster les rotations réduit les risques de lixiviation du nitrate. A l’échelle des systèmes, les modes de production à bas intrants (moins de fertilisants et d’aliments riches en protéines) améliorent l’efficience de l’azote et limitent donc les pertes vers l’environnement. Les indicateurs de type bilan d’azote à l’échelle de l’exploitation et de ses sous-systèmes (troupeau, gestion des effluents, sols et cultures) sont des outils adaptés pour identifier les sources d’inefficacité et rechercher les voies d’amélioration les mieux adaptées localement. De nombreux autres indicateurs approchent les niveaux d’émissions, de pollution ou les impacts, mais ne sont pas toujours d’usage facile. pour le document complet voir le pdf https://www6.inrae.fr/productions-animales/content/download/6365/88149/version/1/file/nouvelles+de+la+recherche.pdf

En agriculture ; la question de la qualité de l’eau se pose essentiellement en termes de consommation animale et d’irrigation, la mauvaise qualité de l’eau peut être induite par des activités anthropiques ou par des phénomènes naturels. Dans le cadre de la gestion de l’eau pour le bétail et spécialement les vaches laitières, un programme portant sur la qualité des eaux utilisées dans les exploitations d’élevage est mené. L’objectif de ce programme est d’établir un diagnostic qualitatif des eaux utilisées pour l’abreuvement des bovins laitiers. L’analyse physico-chimique et bactériologique demeure un outil incontournable de l’enquête sanitaire, car elle permet de mettre en évidence la pollution de l’eau et également de contrôler l’efficacité des mesures de protection ou de traitement adoptées par les éleveurs. Le diagnostic qualitatif établi permet alors de mettre en oeuvre des traitements raisonnés des eaux et cela pour chaque type de source. Pour ce faire, 20 exploitations d’élevage privées modernes ont été sélectionnées sur deux zones agroécologiques au niveau de la wilaya d’El Tarf (Algérie). L’évaluation d’une batterie de paramètres physico-chimiques et bactériologiques, relative au contrôle qualitatif des eaux d’abreuvement de cette catégorie d’animaux d’élevage, a été réalisée sur 120 échantillons au total. Le bilan physico-chimique établi révèle une composition minérale variée, comprenant aussi bien des éléments naturels d’origine géochimique que des polluants dus aux rejets domestiques et/ou agricoles. Les paramètres indicateurs de la pollution organique témoignent essentiellement d’une eutrophisation phosphorée et/ou azotée considérable au niveau de 40 % des sources d’eau analysées. Néanmoins, les eaux des réseaux publics et des forages sont généralement indemnes de cette pollution et sont de ce fait caractérisées par une bonne oxygénation et ainsi considérées de bonne qualité sur le plan physicochimique. Néanmoins, le bilan bactériologique témoigne d’une contamination des sources étudiées, plus marquée au niveau des eaux de surface des oueds et souterraines des puits.

Dans les périmètres irrigués du Maroc, la pollution nitrique diffuse des eaux souterraines augmente le risque de détérioration de la qualité des ressources hydriques et engendre un risque sanitaire pour la population rurale s'approvisionnant le plus souvent directement de l'aquifère. La présente étude, réalisée dans le périmètre du Tadla (3600 km2), située au centre du Maroc, vise à faire l'état des lieux de la contamination des eaux souterraines par les nitrates et à identifier les causes potentielles de cette pollution. Le suivi de la concentration des eaux souterraines en nitrates a été réalisé durant la période août 1996 - avril 1998 dans un réseau de cent puits. Les paramètres du milieu physique et des pratiques culturales ont été déterminés soit par des mesures au champs, des analyses au laboratoire ou par enquête auprès des agriculteurs dans un réseau de 40 sites. Les résultats sont présentés sous forme de cartes thématiques par le SIG. Le niveau actuel de la pollution nitrique des eaux souterraines dans le périmètre irrigué du Tadla commence à devenir critique. De part la pollution ponctuelle mise en évidence aux alentours de quelques agglomérations urbaines et à l'aval des sucreries, les zones dont les teneurs en nitrates des eaux souterraines dépassent 50 mg NO3- /l sont localisées en aval des Béni Amir et en aval et à l'Est des Béni Moussa Est. Béni Moussa Ouest reste en général moins polluée que Béni Moussa Est. Les apports excessifs en eau et en engrais azotés pour les cultures pratiquées (blé, betterave, cultures maraîchères, arboriculture et luzerne), sont les causes directes de la pollution diffuse. Par ailleurs, il est certain que la texture du sol (argileuse, argilo-limoneuse et limono-argileuse), la teneur en argile (29% à 55%) et tous les paramètres qui leurs sont corrélés notamment la réserve utile du sol, réduisent le risque de lixiviation des nitrates en profondeur et assurent en conséquence un contrôle naturel de la pollution nitrique des eaux souterraines. Néanmoins, tous les autres facteurs étudiés notamment le niveau des nappes faible par rapport au sol (<4m-12m), la vitesse d'infiltration du sol en milieu saturé généralement élevée (20-450 mm/h), les teneurs assez importantes du sol en matière organique (1.5%-3.5%) et en azote total (0.10%-0.15%), joueraient positivement sur la vulnérabilité de la nappe à cette pollution. De même, le pouvoir de minéralisation élevé des sols couplé aux conditions écologiques favorables à une minéralisation intense de la matière organique native du sol, assez caractéristique des régions irriguées à climat méditerranéen, seraient en partie responsable de cette pollution. Néanmoins, Aucune corrélation n'a été mise en évidence entre la teneur en nitrate des eaux souterraines et les combinaisons linéaires des variables du milieu physique. Ceci serait dû à l'homogénéité du milieu physique et à l'accumulation de la pollution suivant le sens d'écoulement des nappes de l'amont vers l'aval hydraulique. Vu le niveau d'intensification agricole que connaît cette région, la situation risquerait de s'aggraver rapidement induisant, en dehors de toute mesure de prévention, la détérioration de la qualité des eaux souterraines dans cette région.

Les vallees alpines connaissent une frequentation de plus en plus importante du trafic de transit, notamment de poids lourds. Dans ce contexte, les agressions portees a l'environnement de montagne, qui constitue le principal facteur de croissance economique de ces zones par le biais du tourisme, sont egalement en augmentation. Les oxydes d'azote, choisis comme traceur de la pollution automobile, sont etudies par differentes methodes permettant de preciser progressivement leur comportement dans deux vallees des alpes caracterisees par un fort trafic automobile : la maurienne et la vallee de chamonix. Une premiere campagne faisant appel a la bioindication lichenique montre une presence de polluants azotes en tous points des vallees, meme si les niveaux estimes les plus forts sont situes au fond, a proximite des routes. L'estimation des emissions par le biais d'un modele developpe par l'agence de l'environnement et de la maitrise de l'energie (ademe) montre l'evolution de la production de polluants ces dix dernieres annees. Elle montre egalement les modifications liees a la fermeture du tunnel du mont-blanc. La diffusion spatiale du dioxyde d'azote est egalement etudiee a l'aide de capteurs passifs selon la methode de griess-saltzman. La relation entre quantites de no 2 captees et distance a la route est nette, mais montre le role d'autres facteurs, non pris en compte dans l'etude. La derniere partie de cette these permet de mettre en evidence le role des facteurs meteorologiques dans les processus de concentration / dispersion des oxydes d'azote. Les effets d'echelles sont egalement abordes. La conclusion principale de l'etude est que le poids du trafic routier dans la pollution totale des vallees est croissant. Cela peut devenir tres preoccupant avec les perspectives de croissance du trafic a l'horizon 2010.

Des catalyseurs à base d'oxyde de manganèse ont été préparés par différentes voies et évalués dans l'Oxydation en Voie Humide Catalytique de l'ammoniaque. Les catalyseurs sont actifs, sélectifs en diazote et stables dans les conditions de la réaction. Diazote et nitrite sont des produits primaires de la réaction. Une étude approfondie de l'effet des paramètres opératoires (teneur en manganèse, pression partielle en oxygène, concentration en ammoniaque, pH initial de la solution, charge de surface du catalyseur) sur les performances catalytiques a été réalisée. La sélectivité en diazote est favorisée lorsque i) la quantité de catalyseur est faible, ii) le rapport nO2/nNH4+ est proche de la stœchiométrie (˜ 0,75) et iii) le pH au point de charge nulle du catalyseur est neutre. Bien qu'un pH fortement basique (pH 13) améliore l'activité catalytique, la conversion nitrite en nitrate est inhibée et la sélectivité en diazote est dégradée. D'un point de vue cinétique, les ordres partiels par rapport à l'oxygène et à l'ammoniaque sont de 0 et 1, respectivement. L'étude de l'influence de l'état d'oxydation du manganèse (+II, +III et +IV), en présence d'oxydes de manganèse massiques commerciaux ou de catalyseurs à base d'oxyde de manganèse supporté sur cérine, montre que le site actif serait constitué d'une paire Mn(+III)/Mn(+IV). La réaction « fait son site » et les oxydes pour lesquels le manganèse est initialement présent à un faible degré d'oxydation se trouvent fortement modifiés en cours de réaction. Une synergie entre le manganèse et le cérium est également confirmé, impliquant les deux couples redox Mn(+III)/Mn(+IV) et Ce(+III)/Ce(+IV) de manière concertée
Manganese oxide-based catalysts have been synthesized through different routes and evaluated in the Catalytic Wet Air Oxidation of ammonia. Such catalysts are active, selective towards molecular nitrogen and stable under the applied reaction conditions. Molecular nitrogen and nitrite are primary products. A detailed study of the impact of the operating conditions (manganese content, oxygen partial pressure, ammonia concentration, initial pH, and charge at the catalyst surface) on the catalytic performances was carried out. The selectivity in molecular nitrogen is optimum when i) the amount of catalyst is low, ii) the ratio nO2:nNH4+ is close to stoichiometry (˜ 0.75) and ii) the pH at the point of zero charge of the catalyst is neutral. Although strongly basic conditions (pH 13) improve the catalytic activity, the conversion nitrite to nitrate is inhibited and the selectivity in molecular nitrogen is degraded. From a kinetic point of view, the reaction order with respect to oxygen and ammonia are 0 and 1, respectively. The influence of the oxidation state of manganese (+II, +III and +IV) in the presence of bulk manganese oxides or ceria-supported manganese oxides indicated that the active site would consist of a pair of Mn(+III) and Mn(+IV). The reaction makes the active site and the oxides where manganese is initially present at a low oxidation state are markedly modified upon reaction. A synergy between manganese and cerium is also confirmed, involving the two Mn(+III)/Mn(+IV) and Ce(+III)/Ce(+IV) redox couples in a concerted way

Le surcoût de fonctionnement d'un BRM immergé a pour origine essentielle la dépense d'énergie liée à la maîtrise de la perméabilité membranaire par aération. La littérature montre les liens qui existent entre concentration en biomasse dans le réacteur et présence de produits microbiens solubles liés à l'activité bactérienne. Réduire la demande en énergie signifie réduire l'aération membrane, voire l'aération process liée aux besoins en oxygène des populations épuratrices. Pour ce faire, il est donc déterminant de réduire l'activité biologique au sein du réacteur sans pour autant dégrader la qualité de l'eau traitée. Pour répondre à ce défi, il a été proposé de développer un BRM en association avec un prétraitement physico-chimique dont le rôle est de retenir une grande part de la matière organique (mais aussi probablement les phosphates), le BRM n'a alors pour rôle que de traiter le résiduel de matière organique et d'éliminer les composés azotés peu retenus par précipitation physico-chimiques. Ainsi, la demande en oxygène sera réduite car il reste peu de DCO à dégrader et la croissance cellulaire limitée car les populations seraient essentiellement autotrophes. Ce travail de thèse a donc été centré sur les points suivants : (i) les performances d'un bioréacteur à membrane fonctionnant sous une charge essentiellement azotée, ces performances sont analysées en termes de réactions d'élimination des fractions polluantes et de filtrabilité des suspensions, (ii) suivi et modélisation des cinétiques de réactions, (iii) définition d'outils simples de dimensionnement. Des méthodologies expérimentales originales ont été mises en place, réacteur pilote et méthodes d'analyses spécifiques (suivi en ligne des composés azotés, méthodes respirométriques notamment). Les résultats obtenus ont permis d'évaluer (i) les capacités de nitrification en régime permanent, (ii) les grandeurs cinétiques propres aux populations autotrophes suivant le modèle ASM1 (XBA, YA, KSH, bA), (iii) la filtrabilité des suspensions sur membranes poreuses avec une contribution significative de la résistance hydraulique due à un biofilm qui se développe en surface de membrane (par rapport aux autres processus, notamment les phénomènes d'adsorption ou bouchage de pores). Ces résultats ont permis de définir des nouveaux outils simples d'extrapolation, notamment des grandeurs réactionnelles spécifiques propres aux espèces nitrifiantes comme le ratio rSNHmax/OURendaut exprimant un rapport de vitesse de nitrification par une grandeur proportionnelle à la concentration en biomasse nitrifiante
Membrane bioréactor, coupling bioreactions and porous membrane separation in a same unit, allows working with high biomass concentrations what improves bioreaction rates but penalizes the separation step. This work had as objective to study the nitrifiers micro-organisms on the membrane fouling dynamic and on the nitrogen removal efficiency. According to precedent works of the laboratory and the analyses of references, the objective was axed on the modeling tools available for heterotrophe and autotrophe biomass caracterisation. Then, specific methodologies were carried out, lab scale pilots and analytical methods, notably for active biomass observations and identification. Theses tools underline the role of these dominant populations (i) the use of ASM to simulate the biomass performances in relation with working conditions and (ii) the respirometric methods to experimentally quantify the specific biomass activity. Then results clearly pointed out the role of the COD/N ratio on the biomass and MBR performances. Passing from the urban wastewater to synthetic substrate with a final COD/N ratio of 1.5, the proportion of autotrophic bacteria in active biomass increased from 16 to 72%. Specific criteria were defined to characterise the biomass activity as rnitrif/ OURAutoend or rDCO / OURHetend allowing universal parameters definition

Le terme de méta-analyse désigne l'analyse statique d'un large ensemble de résultats provenant d'études individuelles pour un même sujet donné. Cette approche est de plus en plus étudiée dans différents domaines, notamment en agronomie. Dans cette discipline, une revue bibliographique réalisée dans le cadre de la thèse a cependant montré que les méta-analyses n'étaient pas toujours de bonne qualité. Les méta-analyses effectuées en agronomie étudient ainsi très rarement la robustesse de leurs conclusions aux données utilisées et aux méthodes statistiques. L'objectif de cette thèse est de démontrer et d'illustrer l'importance des analyses de sensibilité dans le cadre de la méta-analyse en s'appuyant sur l'exemple de l'estimation des émissions de N2O provenant des sols agricoles. L'estimation des émissions de protoxyde d'azote (N2O) est réalisée à l'échelle mondaile par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Le N2O est un puissant gaz à effet de serre avec un pouvoir de réchauffement 298 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans. Les émissions de N2O ont la particularité de présenter une forte variabilité spatiale et temporelle. Deux bases de données sont utilisées dans ce travail : la base de données de Rochette et Janzen (2005) et celle de Stehfest et Bouwman (2006). Elles recensent de nombreuses mesures d'émissions de N2O réparties dans le monde provenant d'études publiées et ont joué un rôle important lors des estimations d'émissions de N2O réalisées par le GIEC. Les résultats montrent l'intérêt des modèles à effets aléatoires pour estimer les émissions de NO2 issues de sols agricoles. Ils sont bien adaptés à la structure des données (observations répétées sur un même site pour différentes doses d'engrais, avec plusieurs sites considérés). Ils permettent de distinguer la variabilité inter-sites de la variabilité intra-site et d'estimer l'effet de la dose d'engrais azoté sur les émissions de NO2. Dans ce mémoire, l'analyse de la sensibilité des estimations à la forme de la relation "Emission de N2O / Dose d'engrais azoté" a montré qu'une relation exponentielle était plus adaptée. Il apparait ainsi souhaitable de remplacer le facteur d'émission constant du GIEC (1% d'émission quelque soit la dose d'engrais azoté) par un facteur variable qui augmenterait en fonction de la dose. Nous n'avons par contre pas identifié de différence importante entre les méthodes d'inférence fréquentiste et bayésienne. Deux approches ont été proposées pour inclure des variables de milieu et de pratiques culturales dans les estimations de N2O. La méthode Random Forest permet de gérer les données manquantes et présente les meilleures prédictions d'émission de N2O. Les modèles à effets aléatoires permettent eux de prendre en compte ces variables explicatives par le biais d'une ou plusieurs mesures d'émission de N2O. Cette méthode permet de prédire les émissions de N2O pour des doses non testées comme le cas non fertilisé en parcelles agricoles. Les résultats de cette méthode sont cependant sensibles au plan d'expérience utilisé localement pour mesurer les émissions de N2O
The term meta-analysis refers to the statistical analysis of a large set of results coming from individual studies about the same topic. This approach is increasingly used in various areas, including agronomy. In this domain however, a bibliographic review conducted by this thesis, showed that meta-analyses were not always of good quality. Meta-analyses in agronomy very seldom study the robustness of their findings relative to data quality and statistical methods.The objective of this thesis is to demonstrate and illustrate the importance of sensitivity analysis in the context of meta-analysis and as an example this is based on the estimation of N2O emissions from agricultural soils. The estimation of emissions of nitrous oxide (N2O) is made at the worldwide level by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). N2O is a potent greenhouse gas with a global warming power 298 times greater than the one of CO2 over a 100 year period. The key characteristics of N2O emissions are a significant spatial and time variability. Two databases are used for this work: the database of Rochette and Janzen (2005) and the one of Stehfest and Bouwman (2006). They collect numerous worldwide N2O emissions measurements from published studies and have played a significant role in the estimation of N2O emissions produced by the IPCC. The results show the value of random effects models in order to estimate N2O emissions from agricultural soils. They are well suited to the structure of the data (repeated observations on the same site for different doses of fertilizers, with several sites considered). They allow to differentiate the inter-site and intra-site variability and to estimate the effect of the rate of nitrogen fertilize on the N2O emissions. In this paper, the analysis of the sensitivity of the estimations to the shape of the relationship "Emission of N2O / N fertilizer dose" has shown that an exponential relationship would be the most appropriate. Therefore it would be appropriate to replace the constant emission factor of the IPCC (1% emission whatever the dose of nitrogen fertilizer) by a variable factor which would increase with the dose. On the other hand we did not identify significant differences between frequentist and Bayesian inference methods. Two approaches have been proposed to include environmental variables and cropping practices in the estimates of N2O. The first one using the Random Forest method allows managing missing data and provides the best N2O emissions predictions. The other one, based on random effects models allow to take into account these explanatory variables via one or several measurements of N2O. They allow predicting N2O emissions for non-tested doses in unfertilized farmer's field. However their results are sensitive to the experimental design used locally to measure N2O emissions

Ce travail a pour but d'étudier l'évolution des pressions azotées et de ses facteurs de contrôle sur l'ensemble du territoire. Un modèle de balance azotée de surface du sol a permis de l'obtention de chroniques de surplus azotés à l'échelle départementale pour la période 1917 à 2015 et à l'échelle communale pour la période 1955 à 2015. La quantification des tendances des pressions azotées obtenus à l'échelle départementale, montre que plus de 69% du territoire national est caractérisé par une baisse des pressions azotées à l'heure actuelle, majoritairement sous tendue par une baisse de la fertilisation minérale. Les surplus communaux obtenus sont hétérogènes dans l'ensemble des départements, et ce depuis 1955. Ces résultats peuvent être utilisés dans le cadre de l'état des lieux de la directive nitrate de 2019, mais aussi pour caractériser l'évolution des pressions à l'échelles de masses d'eau ou encore comme données d'entrée dans d'autres modèles de transfert d'azote
This work aimed to study trends in nitrogen pressure and its drivers on the French territory. A nitrogen soil surface balance was developed and used to obtain nitrogen surplus times series at the departmental scale from 1917 to 2015 and at the municipality scale from 1995 to 2015. Characterisation of departmental trends showed that nowadays, more than 69% of the country presents a decrease in nitrogen pressure, mainly resulting from decrease in mineral fertilizer. Municipality surpluses are heterogeneous for all departments since 1955. Results can be used in the framework of the status of the nitrate directive of 2019, but also to characterise nitrogen pressure on water bodies or as input data for other models

Cette thèse a pour premier objectif d'intégrer le changement de l'usage des sols et des pratiques en relation avec le développement des biocarburants de seconde génération (2nde G) dans l'analyse économique à travers les effets privés (conséquences pour les producteurs) et les effets externes (pollutions). L'effort est porté sur les impacts de ce changement sur l'environnement en privilégiant les effets de la consommation d'intrants azotés sur les émissions de polluants (N2O, NH3 et NO3). Le deuxième objectif est de pouvoir évaluer le potentiel de développement de la filière éthanol de 2nde G. L'analyse économique proposée ici privilégie la dimension spatiale à un niveau aussi fin que le permettront les outils de modélisation économique et les données disponibles. En effet, les résultats d'offre en ressources de biomasse fournis par le modèle AROPAj sont par la suite confrontés aux différentes demandes de bioénergie à l'échelle française sous contraintes de différents types de politiques publiques, modélisées dans le modèle TIMES-GeoMIRET. Ce travail de modélisation a permis notamment de mettre en évidence la cohérence des objectifs bioénergie avec le potentiel de ressource à travers l'analyse des choix technologiques et la régionalisation des unités industrielles. Les résultats ont montré que la compétition avec "le fuel" serait plus "feed" que "food" puisque la production de la biomasse dédiée à l'énergie est induite par les modifications affectant l'alimentation et la production animale. La production d'une culture dédiée à la biomasse réduit la surface des terres allouées aux cultures à forte consommation d'azote ce qui réduit les pertes en azote. Il ressort du couplage entre AROPAj et TIMES-GeoMIRET qu'une production de 0.5 Mt d'éthanol/an devrait être atteinte à l'horizon de 2030 (l'équivalent de trois sites de production). Les unités de production seraient implantées dans la région nord-ouest de la France plus particulièrement à Lillebonne où existe déjà une unité de production d'éthanol de première génération
The main objective of this thesis is to perform an economic analysis of the impacts of second generation (2G) biofuel crops production on land use, agricultural practices and the environment. As for the environmental impacts, we focus on the relationship between the nitrogen fertilizers' consumption and the pollutants emissions (N2O, NH3 et NO3). The second objective is to estimate the potential development of 2G ethanol production in France. The available data and modeling tools that we use in this thesis allow for an economic analysis on a fine spatial dimension. The agricultural supply, given by the AROPAj model, is then combined with the different French bioenergy demands and public policies, which are modeled by the TIMES-GeoMIRET model. This modeling framework allows us to highlight the coherence of bioenergy objectives with the biomass resource potential through the analysis of the technological choices and the regionalisation of the bioenergy plants. Results indicate that "fuel" is not competing only with food, but also with "feed" because producing biomass is achieved at the expense of food and feed production. Cultivating dedicated biomass crops decreases land allocated to crops with high nutrient requirements, and consequently reduces the nitrogen losses. The coupling between AROPAj and TIMES-GeoMIRET has shown that 0.5 Mt of ethanol/year should be produced in 2030, which corresponds approximately to an output capacity of 3 processing plants. These plants should be built in the French northwest region, more precisely at Lillebonne where a 1G ethanol plant already exists

Des catalyseurs à base de métaux nobles (Pt, Pd, Ir, Ru et Rh) supportés (TiO2, ZrO2, CeO2 et CeZrO2) ont dans un premier temps été préparés. L'Oxydation en Voie Humide Catalytique de l'ammoniaque en présence de ces catalyseurs a alors été réalisée. Le platine est le métal le plus actif. L'iridium et le palladium sont les plus sélectifs en diazote. Le catalyseur Pt/TiO2 est le plus performant car il combine une très forte activité et une sélectivité en diazote peu éloignée de celles de l'iridium et du palladium. Une étude approfondie sur ce catalyseur (méthode de préparation, nature du précurseur métallique,…) a montré que seule la basicité de surface du catalyseur a un impact négatif sur la sélectivité en diazote. Les autres paramètres étudiés sont non significatifs. Le travail réalisé sur les conditions opératoires (PO2, T, mcatalyseur, pH et concentration d'ammoniaque) toujours en présence de Pt/TiO2 ont montré qu'il est nécessaire de contrôler la fonction oxydante et notamment le rapport nO2/nNH3. En effet, si la valeur de ce rapport est trop élevée (nO2/nNH3 >> 0,75) alors la sélectivité en diazote se dégrade fortement. Pour terminer, des catalyseurs bimétalliques PtIr/TiO2 et PtPd/TiO2 ont été préparés afin d'allier l'activité du platine à la sélectivité en diazote du palladium ou iridium. L'utilisation de ces catalyseurs s'avère peu intéressante car leur comportement est similaire à celui des mélanges mécaniques. De plus, la sélectivité en diazote est également dégradée pour nO2/nNH3 >> 0,75 avec ces catalyseurs
TiO2, ZrO2, CeO2 and CeZrO2 supported noble metal catalysts (Pt, Pd, Ir, Ru and Rh) have been in a first time prepared to be used in the Catalytic Wet Air Oxidation of ammonia. The first results show that platinum is the most active metal. Palladium and iridium are the most selective toward nitrogen. Pt/TiO2 is the most interesting catalyst because it combines a very strong activity and a selectivity toward nitrogen close to iridium and palladium. An in-depth study on this catalyst (preparation method, nature of the metallic precursor…) shows that the single parameter which has a negative impact on the selectivity toward nitrogen is the basicity of the catalyst surface. The work realized on the operating conditions (PO2, catalyst weight, pH and ammonia concentration) in the presence of Pt/TiO2 shows the necessity to control the oxidizing function and particularly the nO2/nNH3 ratio. Indeed, if the value of this ratio is too high (nO2/nNH3 >> 0,75) then the selectivity toward nitrogen degrades strongly. To end, PtIr/TiO2 and PtPd/TiO2 bimetallic catalysts have been prepared to combine the activity of the platinum and the selectivity of palladium/iridium to nitrogen. These catalysts are not interesting because their behaviour is similar to the mechanical mixtures. Furthermore, the selectivity toward nitrogen is also degraded for nO2/nNH3 >> 0,75 with these catalysts