Dissertations / Theses on the topic 'Sols fins – Propriétés physico-chimiques'

Le traitement à la chaux et/ou au ciment est une solution courante pour améliorer les performances mécaniques des sols fins. Le traitement permet notamment de réduire fortement la susceptibilité des sols argileux au phénomène de retrait et de gonflement. Toutefois, si de nombreuses études en laboratoire ont été réalisées concernant les sols traités, la question de leur évolution in situ n'a été que très peu considérée. Ainsi, les méthodes et procédures existantes ne permettent généralement pas d'évaluer l'altération dues aux conditions environnementales d'un sol traité. La thèse aborde cette problématique par l'étude du remblai expérimental d'Héricourt. Construit en 2010 dans le cadre du projet ANR TerDOUEST, ce remblai est constitué d'une argile considérée comme fortement plastique. Cette argile a été traitée dès sa mise en place à la chaux et/ou au ciment. Un premier diagnostic de l'état du remblai a été effectué 11 ans après la construction de l'ouvrage, par l'intermédiaire de carottages horizontaux et verticaux. La caractérisation hydromécanique de l'argile traitée a été réalisée en menant une campagne d'essais œdométriques. La compressibilité du matériau prélevé par l'intermédiaire du carottage horizontal a été déterminée et a permis d'évaluer l'évolution du comportement mécanique du sol traité en fonction de sa proximité à la surface du talus. Les résultats montrent que les matériaux situés au cœur du remblai ont un comportement mécanique similaire à celui du sol traité en laboratoire après une cure de 180 jours. En revanche, une dégradation progressive des propriétés mécaniques du matériau a été mise en évidence en s'approchant de la partie externe du remblai. Les propriétés mécaniques des matériaux prélevés dans la partie externe étaient équivalentes à celles du sol non traité. L'étude de la microstructure (porosimétrie par intrusion de mercure, microscope électronique à balayage) et de la composition chimique (analyse thermogravimétrique, fluorescence de rayons X) et minéralogique (diffraction de rayon X) du sol traité a été menée afin de comprendre les sollicitations environnementales responsables de l'altération observée en bordure. Le lessivage du traitement a été identifié comme étant en partie responsable de la chute des performances mécaniques mesurées en bordure de l'ouvrage. Des transformations minéralogiques comme la formation de calcite dans les premiers mètres du remblai mettent également en évidence une altération du comportement hydromécanique par carbonatation des phases cimentaires. Le rôle des cycles de séchage et d'humidification dans l'altération mécanique du sol traité a également été étudié. Des éprouvettes provenant de la partie interne de l'ouvrage ont été soumis à des cycles hydriques de différentes succions allant de 0 à 95 MPa. Les résultats ont montré que ces cycles ont un impact majeur sur la performance à long terme des sols traités au-delà d'une certaine amplitude de succion. Le processus de dégradation est principalement une conséquence de la rupture des liaisons cimentaires plutôt que d'autres processus physico-chimiques comme le lessivage du calcium ou la carbonatation. Cette étude a permis une quantification mécanique de l'altération d'une argile traitée prélevée dans un ouvrage expérimental. Le lessivage et la carbonatation du traitement ont été identifiés comme responsables de la dégradation des performances mécaniques au niveau de la partie externe de l'ouvrage. Enfin, l'étude du matériau traité soumis à des cycles hydriques a permis de quantifier leur impact sur le comportement mécanique, tout en déterminant les mécanismes d'altération des effets du traitement
Lime and/or cement stabilization is a common solution for improving the mechanical performance of fine soils. Treatment limits the shrinkage and swelling effect of clayey soils. However, while numerous laboratory studies have been carried out on treated materials, little is known about the in situ performance of such stabilised materials several years after construction, and very few studies are available, especially in the case of stabilised expansive soils. As a result, existing methods and procedures are generally unable to assess the alteration caused by the environmental conditions of a treated soil. This thesis addresses these issues by studying an experimental embankment at Héricourt (France). Built in 2010 as a part of the ANR TerDOUEST project, this embankment was built with a highly plastic clayey soil. The clay was treated with lime and/or cement upon construction. An initial assessment of the state of the backfill was carried out 11 years after construction of the structure, with horizontal and vertical corings. The hydromechanical characterisation of the treated clay was carried out with multiple oedometer tests. The compressibility of the material sampled by horizontal coring was determined, making it possible to assess changes in the mechanical behaviour of the treated soil as a function of its proximity to the edge of the embankment. The results showed that the materials located in the internal part of the embankment have a mechanical behaviour similar to that of the soil treated in the laboratory after a 180-day curing time at constant moisture content. On the other hand, a gradual deterioration of the mechanical properties of the material was observed as it approached the outer part of the embankment. The mechanical properties of the materials taken from the outer part were equivalent to those of the untreated soil. The microstructure (mercury intrusion porosimetry, scanning electron microscopy), chemical composition (thermogravimetric analysis, X-ray fluorescence) and mineralogical composition (X-ray diffraction) of the treated soil were studied in order to understand the environmental conditions responsible for the deterioration observed at the edges. Leaching from the treatment was identified as being partly responsible for the decrease in mechanical performance measured at the edge of the structure. Mineralogical transformations, such as the formation of calcite in the first few metres of the backfill, also highlighted an alteration of the hydromechanical behaviour through carbonation of the cement phases. The role of wetting and drying periods in the mechanical weathering of the treated soil was also studied. Specimens from the inner part of the structure were subjected to wetting and drying cycles of various suctions ranging from 0 to 95 MPa. The results showed that drying and wetting cycles have a major impact on the long-term performance of treated soils above a certain suction amplitude. The degradation process is mainly a consequence of cement bond failure rather than other physico-chemical processes such as calcium leaching or carbonation. This study allowed a mechanical quantification of the weathering of treated clay taken from an experimental structure. Leaching and carbonation during treatment were identified as being responsible for the deterioration in mechanical performance in the external part of the structure. The study of the treated material subjected to hydric cycles allowed to quantify their impact on mechanical behaviour, while determining the mechanisms by which the effects of the treatment were altered

Les pigments synthetiques bleu et vert egyptiens constituent une particularite technologique et historique. Le plus etudie reste le bleu egyptien, pigment bleu de l'antiquite. Son apparition remonte a la iv e dynastie (2620 av. J. C. ). Le vert egyptien, d'un emploi moins systematique, s'est limite au territoire egyptien. Les hypotheses d'obtention proposees considerent generalement le vert comme derive du bleu : presence involontaire de fer, mauvais respects des proportions ou des conditions de cuisson, voire alteration. L'analyse physico-chimique de pains de pigments archeologiques par methodes spectroscopiques (uv-visible et raman), microscopiques (optique et electronique a balayage et a transmission) et structurales (diffraction des rayons x) distingue ces pigments et permet d'etablir des recettes specifiques. Le bleu egyptien se caracterise par la cuprorivaite (cacusi 4o 1 0), cristal bleu a l'origine de la couleur, accompagnee de phase amorphe silicatee, de silice residuelle (quartz et/ou tridymite) et de restes de cuisson. Il est obtenu par cuisson oxydante a 870-1100\c d'un melange de composes de silicium, de calcium et de cuivre proche de la stoechiometrie de la cuprorivaite, avec 1% de fondant. Le vert egyptien est obtenu par cuisson oxydante a 950-1150\c des memes ingredients en proportions differentes. Il se caracterise par la parawollastonite (casio 3) dans une phase amorphe silicatee majoritaire donnant sa couleur au pigment, de restes siliceux (quartz, et/ou - tridymite ou cristobalite-) et de residus de cuisson. Jusqu'a 7% de fondant, la tridymite remplace le quartz, tandis que la cristobalite se forme au-dela. La reaction de synthese du vert est un frittage reactif en phase liquide. Les deux pigments resultent de realisations intentionnelles d'artisans collaborant avec les metallurgistes. Le corpus d'echantillons archeologiques atteste l'usage du vert egyptien des la premiere periode intermediaire (2200 av. J. C. )

L'artificialisation des sols, et les enjeux environnementaux associés (îlots de chaleur, inondation, dégradation de biodiversité), sont devenus une problématique majeure de l'aménagement et de la planification urbaine. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de caractérisation des sols urbains fondée sur l'analyse de leur trajectoire historique d'usage, en considérant que les successions d'usages et les pratiques humaines associées, déterminent les propriétés physico-chimiques des sols. Pour ce faire, une démarche scientifique s'appuyant sur trois approches complémentaires a été menée pour aboutir à une proposition méthodologique opérationnelle de cartographie prédictive des propriétés des sols urbains. La première approche est cartographique et documentaire, elle vise à mieux caractériser les trajectoires historiques des sols urbains et ainsi mieux appréhender l'ensemble des pratiques humaines que subit les sols au cours du temps. Il s'avère qu'une vingtaine de trajectoires historiques suffisent à décrire la majorité de la superficie d'une unité urbaine. Par ailleurs, les trajectoires historiques majoritaires représentent des successions d'usages composées au maximum d'un à deux usages montrant une faible dynamique des changements d'usages et pratiques au cours du temps. La seconde approche est une approche de terrain ayant pour objectif de caractériser l'impact de trois trajectoires historiques représentatives des sols urbains sur les propriétés physico-chimiques des sols. Elle met en évidence le lien existant entre la trajectoire historique d'un sol et ses propriétés physiques et chimiques. L'impact des pratiques humaines sur les propriétés du sol semble de plus, être dépendant de l'intensité des pratiques exercée sur le sol. Ces liens encore aujourd'hui peu développés, pourraient être mis en avant par le développement d'un nouvel concept : l' « anthroposéquence ». La dernière approche est une approche expérimentale aidant à la caractérisation des processus pédogénétiques impliqués au cours de ces trajectoires historiques et à décrire l'évolution des propriétés physico-chimiques au cours du temps. Il en ressort que les effets individuels des pratiques peuvent être contraire à l'effet résultant de l'ensemble de ces pratiques. De plus, les processus pédogénétiques mis an avant au cours de ces expériences reflètent la réalité du terrain, renforçant ainsi la méthode expérimentale proposée. Ainsi, ces trois approches méthodologiques ont finalement été discutées afin de retranscrire les résultats obtenus en règles « simples » permettant la prédiction cartographique des types des sols et de certains paramètres agronomiques en milieux urbains par la connaissance des trajectoires historique
Land take and the associated environmental issues (heat islands, flooding, biodiversity degradation) have become a major issue in urban planning and development. The objective of this thesis is to propose an approach to characterise urban soils based on the analysis of their historical trajectory of land use, considering that the land use successions and the associated human practices determine the physico-chemical properties of soils. To do this, a scientific approach based on three complementary approaches was carried out to achieve an operational methodological proposal for predictive mapping of urban soil properties. The first approach is cartographic and documentary, and aims to better characterise the historical trajectories of urban soils and thus to better understand all of the human practices that the soils have undergone over time. It turns out that twenty historical trajectories are sufficient to describe the majority of the surface area of an urban unit. Moreover, the majority of historical trajectories represent land use successions composed of a maximum of one or two land uses, showing a low dynamic of land use changes and practices over time. The second approach is a field approach aimed at characterising the impact of three historical trajectories representative of urban soils on the physico-chemical properties of soils. It highlights the link between the historical trajectory of a soil and its physical and chemical properties. The impact of human practices on soil properties also appears to be dependent on the intensity of the practices carried out on the soil. These links, which are still underdeveloped, could be highlighted by the development of a new concept: the "anthroposequence". The last approach is an experimental approach that helps to characterise the pedogenetic processes involved during these historical trajectories and to describe the evolution of physico-chemical properties over time. It shows that the individual effects of practices can be contrary to the effect resulting from the whole of these practices. Moreover, the pedogenetic processes put forward during these experiments reflect the reality of the field, thus reinforcing the proposed experimental method. Thus, these three methodological approaches were finally discussed in order to transcribe the results obtained into "simple" rules allowing the cartographic prediction of soil types and certain agronomic parameters in urban environments through the knowledge of historical trajectories

La céréaliculture est pratiquée régulièrement, sous conditions pluviales, sur des sols de texture argileuse dans le Nord et le Nord-Ouest de la Tunisie. Ces sols occupent les plaines alluviales et les bas reliefs en forme de croupe. Les sols les plus aptes à cette spéculation appartiennent aux classes pédogénétiques suivantes : sols peu évolués, vertisols et sols isohumiques. Elles sont soumises à des régimes hydriques des étages bioclimatiques subhumide et semi-aride. Quatre unités représentatives de ces types de sols sont sélectionnées puis caractérisées du point de vue morphologique, analytique et minéralogique. Elles sont ensuite suivies par un double prélèvement mensuel chacune au cours des campagnes agricoles 1996-1997 et 1997-1998, puis trimestriel au cours des campagnes 1998-1999 et 1999-2000. Sur les échantillons prélevés, sont déterminés, outre les paramètres de caractérisation physico-chimique, les éléments les plus influents sur la production céréalière. L'étude de l'évolution de ces éléments a été menée par illustration graphique puis par analyse multivariée. Les principaux résultats obtenus sont : - De fortes réserves en phosphore et en potassium se trouvent dans les sols. Les teneurs assimilables des sols en phosphore sont améliorées par la fertilisation et ont tendance à diminuer progressivement ce qui justifie l'apport d'engrais par des quantités modérées au début de la campagne agricole. Du potassium échangeable se trouve en excès dans le sol avec des teneurs dépassant largement les normes conseillées pour la spéculation céréalière en sec. L'appauvrissement hivernal en azote minéral justifie des apports faibles d'engrais. La structure plus compactée des sols peu évolués ralentit la nitrification. - Les réserves hydriques sont proportionnelles aux pluviométries annuelles et les sols s'épuisent prématurément après une culture de blé. L'insuffisance des réserves hydriques en zone méridionale du milieu semi-aride justifie le choix d'espèces céréalières précoces comme l'orge. - L'équilibre nutritif des céréales est meilleur et plus visible dans les sols du milieu subhumide, phénomène mis en évidence par les analyses multivariées. L'amélioration de la structure des sols est le facteur édaphique primordial qui agit sur les rendements des espèces céréalières cultivées en sec dans le Nord-Ouest tunisien.

Afin de dépolluer et de réhabiliter les sols contaminés par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), différentes techniques ont été développées durant les dernières décennies, mais leur impact sur les fonctions du sol est rarement pris en compte. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'impact des traitements par oxydation chimique sur différents paramètres physico-chimiques et biologiques de terres contaminées aux HAP et de proposer des solutions pour restaurer le fonctionnement biologique des terres oxydées. Les différentes expérimentations de laboratoire et de terrain ont montré que l'efficacité des réactions d'oxydation chimique (réaction de Fenton et persulfate activé) sur la teneur en HAP dépendait de la disponibilité de la pollution et des propriétés physico-chimiques des terres. Par ailleurs, des processus d'acidification ont été observés sur des terres non carbonatées, altérant fortement et durablement les paramètres physico-chimiques et biologiques. Cette altération était plus forte après utilisation du persulfate activé, engendrant ainsi des pertes en éléments traces métalliques dans les eaux de percolations. L'apport de matériaux susceptibles d'augmenter le pH a permis la restauration des activités biologiques et la capacité des terres à supporter la végétation lorsque les terres ont fortement été acidifiées. L'association de traitements d'oxydation chimique et de refonctionnalisation pourrait présenter un moyen de réhabilitation efficace. Un indice, dont l'objectif était de représenter l'état du sol en fonction du poids accordé à différents paramètres, a été proposé et a permis d'évaluer les variations induites par les traitements d'oxydation et les procédés de refonctionnalisation
In order to clean up polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contaminated soils, various techniques have been developed during the last decades, but their impact on soil functions was rarely considered. The objective of this study was to assess the impact of chemical oxidation treatments on different physico-chemical and biological parameters of PAH contaminated soil and to propose solutions to improve the biological functioning of oxidized soil. Various laboratory and field experiments have shown that the efficiency of chemical oxidation reactions (Fenton reaction and activated persulfate) on PAH concentrations depended on pollutant availability and soil physico-chemical properties. Besides, intense acidification processes have been observed on uncarbonated soil with a strong impact on soil physico-chemical and biological parameters. Moreover, this alteration was higher with activated persulfate treatment, leading to the loss of trace metals in water percolation. In the strongly acidified soil, the input of materials, suitable for pH increase, resulted in the restoration of biological activities and soil capacity to support vegetation. The association of chemical oxidation treatment and restoration techniques could present a good mean for soil rehabilitation. Finally, an index, which aimed to represent soil conditions based on the weight given to different parameters, was proposed and was used to evaluate changes induced by oxidation treatments and restoration techniques

Durant la période 1989-1991, le flux et le stockage du sulfate ont été suivi aux différents niveaux de transit. Dans la hêtraie, une immobilisation de sulfate a été mise en évidence au niveau des arènes. Dans la parcelle encore boisée de la pessière, une rétention de sulfate survient dans les horizons organo-minéraux ainsi que dans les arènes. Dans la zone coupée, la rétention n'intervient que dans les arènes. Les processus d'immobilisation seraient surtout biologiques et physico-chimiques. L'accumulation de soufre dans les sols ayant été mise en évidence, un échantillonnage systématique à l'intérieur des principales unités pédologiques a permis d'évaluer le stock moyen de soufre respectivement à 955 kg S/ha et 1400 kg S/ha dans les sols de la hêtraie et de la pessière.

Des arenes bien connues et des sols acides developpes sur granites ont ete choisis. L'etude a porte sur la fraction argileuse 2 m qui utilisait les methodes suivantes : rayons x (determination qualitative), analyses totales, analyses thermiques, cec et les surfaces specifiques (determination quantitative). L'etude au met nous a permis de preciser l'organisation et la composition cristallochimique des mineraux argileux. L'evolution des arenes date le plus souvent de la fin du tertiaire, et s'est faite en milieu globalement drainant (arene sableuse) au moins au depart, ce qui entraine un lessivage intense et une hydrolyse des mineraux primaires : formation de kaolinite (ou d'halloysite) a partir des micas et surtout des feldspaths, et de la vermiculite hydroxyaluminieuse a partir des micas. Dans certaines arenes les smectites semblent se former dans des conditions differentes de genese : sous des conditions basiques au sein des plagioclases, et en condition d'hydromorphie a partir des phyllosilicates 2:l (micas). Dans les sols, les phyllosilites primaires (micas, chlorites) constituent la source principale des mineraux argileux. Les sols alpins permettent la mise en evidence des premiers stades d'alteration. Les sols bruns acides et hydromorphes du limousin et le ranker atlantique (bretagne) permettent d'etudier le mineral argileux le plus typique, la vermiculite hydrooxyalumineuse. La synthese des resultats permet de mieux connaitre la composition et la genese des argiles de sol et des arenes. Au niveau des proprietes d'echange et de surface, il est possible de preciser la part qui revient aux differents constituants organiques et mineraux.

Afin de dépolluer et de réhabiliter les sols contaminés par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), différentes techniques ont été développées durant les dernières décennies, mais leur impact sur les fonctions du sol est rarement pris en compte. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'impact des traitements par oxydation chimique sur différents paramètres physico-chimiques et biologiques de terres contaminées aux HAP et de proposer des solutions pour restaurer le fonctionnement biologique des terres oxydées. Les différentes expérimentations de laboratoire et de terrain ont montré que l'efficacité des réactions d'oxydation chimique (réaction de Fenton et persulfate activé) sur la teneur en HAP dépendait de la disponibilité de la pollution et des propriétés physico-chimiques des terres. Par ailleurs, des processus d'acidification ont été observés sur des terres non carbonatées, altérant fortement et durablement les paramètres physico-chimiques et biologiques. Cette altération était plus forte après utilisation du persulfate activé, engendrant ainsi des pertes en éléments traces métalliques dans les eaux de percolations. L'apport de matériaux susceptibles d'augmenter le pH a permis la restauration des activités biologiques et la capacité des terres à supporter la végétation lorsque les terres ont fortement été acidifiées. L'association de traitements d'oxydation chimique et de refonctionnalisation pourrait présenter un moyen de réhabilitation efficace. Un indice, dont l'objectif était de représenter l'état du sol en fonction du poids accordé à différents paramètres, a été proposé et a permis d'évaluer les variations induites par les traitements d'oxydation et les procédés de refonctionnalisation
In order to clean up polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contaminated soils, various techniques have been developed during the last decades, but their impact on soil functions was rarely considered. The objective of this study was to assess the impact of chemical oxidation treatments on different physico-chemical and biological parameters of PAH contaminated soil and to propose solutions to improve the biological functioning of oxidized soil. Various laboratory and field experiments have shown that the efficiency of chemical oxidation reactions (Fenton reaction and activated persulfate) on PAH concentrations depended on pollutant availability and soil physico-chemical properties. Besides, intense acidification processes have been observed on uncarbonated soil with a strong impact on soil physico-chemical and biological parameters. Moreover, this alteration was higher with activated persulfate treatment, leading to the loss of trace metals in water percolation. In the strongly acidified soil, the input of materials, suitable for pH increase, resulted in the restoration of biological activities and soil capacity to support vegetation. The association of chemical oxidation treatment and restoration techniques could present a good mean for soil rehabilitation. Finally, an index, which aimed to represent soil conditions based on the weight given to different parameters, was proposed and was used to evaluate changes induced by oxidation treatments and restoration techniques

Le radiocesium est present dans l'environnement. Emetteur b et g avec une periode de 30 ans il entre facilement dans la chaine alimentaire de l'homme. Il est donc indispensable de predire sa biodisponibilite. Principaux adsorbants naturels du cs les argiles sont interessantes pour le stockage des dechets radioactifs. Dans les sols une forte correlation est observee entre la teneur en om et la biodisponibilite du cs. Le but de cette etude etait d'evaluer l'effet de la matiere organique sur la capacite des argiles a adsorber le cs. Des mesures d'adsorption du cs par des suspensions diluees d'argiles en presence de substances humiques, d'un polysaccharide ou d'une proteine ont ete realisees. La concentration en matiere organique et en cs, la nature du cation compensateur, le ph et i etaient les parametres etudiees. L'adsorption du cs a egalement ete determinee sur des complexes argilohumiques naturels. Des fractions argileuses de sol apres differents traitements d'extraction de la matiere organique ou des oxydes de fer, et des echantillons argileux preleves en profondeur dans un site d'etude experimental pour le stockage des dechets ont ete utilises. Les valeurs des coefficients de distribution kd tres sensibles a la nature et a la preparation de l'argile, diminuent generalement quand la teneur en matiere organique augmente. L'effet observe est fonction de la nature de l'argile, du cation compensateur, et de la matiere organique. Une isotherme de freundlich decrit l'adsorption du cesium sur l'argile quelque soit la quantite de latiere organique ajoutee. Pourtant les polymeres organiques sont susceptibles d'agir indirectement sur les sites selectifs

La valorisation agronomique de fertilisants organiques (FO) est une source majeure de contamination des sols agricoles en éléments traces. Ce constat est particulièrement prégnant pour le cuivre (Cu) et le zinc (Zn) dont l’écotoxicité vis-à-vis des organismes du sol et plus largement l’impact sur la fertilité du sol posent question sur le long-terme. La littérature scientifique des deux dernières décennies ne permet cependant pas de trancher quant à l’évolution de la biodisponibilité pour les organismes du sol de Cu et Zn ainsi apportés. En effet les travaux antérieurs ne tiennent pas compte de la modification de la disponibilité de Cu et Zn pouvant être induite (i) par l’évolution temporelle du pH et de la matière organique (MO) observée avec l’apport de FO et (ii) par les activités des organismes dans le sol qu’ils sont susceptibles de bio-influencer. L’objectif de mon travail de thèse a donc été d’évaluer les effets respectifs de la contamination du sol, de l’évolution du pH et de la MO du sol et d’organismes clés du sol (i.e. les plantes et les vers de terre) dans le volume de sol bio-influencé, sur la biodisponibilité de Cu et Zn pour ces organismes en contexte d’apports de FO sur le long-terme.Ce travail a été basé sur l’étude de sols provenant d’essais de terrain conduits à La Réunion, amendés pendant une décennie avec des fertilisants minéraux ou organiques ou jamais fertilisés. L’évolution du pH ainsi que de la concentration, de l’aromaticité de la matière organique dissoute (MOD) et de la disponibilité de Cu et Zn (i.e. concentration totale et activité de l’ion libre) a été mesurée dans la solution du sol non bio-influencé ainsi que du sol bio-influencé, soit par les activités racinaires (i.e. la rhizosphère), soit par l’activité des vers de terre (i.e. la drilosphère). La biodisponibilité de Cu et Zn a été évaluée par la mesure de leur concentration dans une espèce épi-endogée tropicale de vers de terre (Dichogaster saliens) et une espèce végétale tempérée (Festuca arundinacea, la fétuque), exposées aux sols en mésocosmes au laboratoire.En l’absence de bio-influence, l’apport de FO a non seulement augmenté la contamination en Cu et Zn dans les sols, mais également le pH ainsi que la concentration et l’aromaticité de la MOD dans la solution des sols. La concentration totale de Cu dans la solution du sol a augmenté dans les sols ayant reçu des FO, proportionnellement à la concentration en MOD alors que l’activité de Cu2+ a diminué principalement du fait de l’augmentation du pH, se traduisant par une disponibilité de Cu identique entre les sols ayant reçu des FO ou non. Le Zn ayant une plus faible affinité pour la MOD, la concentration totale en Zn et l’activité de Zn2+ ont diminué dans les sols ayant reçu des FO sous l’effet de l’augmentation du pH, se traduisant par une disponibilité de Zn identique ou inférieure, dans ces sols par rapport aux sols non amendés. Ainsi, les modifications de pH et de MOD semblent réguler la disponibilité de Cu et Zn dans les sols non bio-influencés par un effet protecteur vis-à-vis de la contamination en Cu et Zn.Sous l’influence des vers de terre ou des racines des plantes, la gamme de variation du pH et de la concentration en MOD quel que soit la modalité de fertilisation s’est réduite par rapport aux sols non bio-influencés. Cela s’est traduit dans la drilosphère par un effet de l’apport de FO sur la disponibilité de Cu et Zn similaire à celui observé dans le sol non bio-influencé mais de plus faible ampleur. Du fait d’une forte intensité des activités racinaires, cela s’est en revanche traduit dans la rhizosphère par une absence d’effet de l’apport de FO sur la disponibilité de Cu et Zn. La combinaison des effets protecteurs induits par l’apport de FO et l’activité des organismes a permis d’expliquer pourquoi la biodisponibilité de Cu et Zn pour les vers de terre et les plantes n’a pas augmenté avec les apports décennaux de FO malgré la contamination en Cu et Zn
The agronomic valorization of organic fertilizers (OF) is one of the main source contamination of agricultural soils in trace elements. This is particularly significant for copper (Cu) and zinc (Zn) for which the ecotoxicity and more generally their impact on soil fertility on the long-term is a matter of concerns. The scientific literature of the two last decades did not enable to state clearly whether Cu and Zn bioavailability for soil organisms will be impacted by OF application. Indeed, previous studies did not take into account the modifications of Cu and Zn availability in soils induced by (i) pH and organic matter (OM) temporal evolution observed with OF application and (ii) organism activities in the soil they can bio-influence. My PhD work thus aimed at assessing the respective effects of soil contamination, soil pH and OM evolution and key soil organisms (i.e. plants and earthworms) in the bio-influenced volume of soil, on Cu and Zn bioavailability for these organisms in the context of OF applications.This work was based on soils sampled from field trials in Réunion and amended for a decade with mineral or organic fertilizers, or never fertilized. The evolution of pH, concentration and aromaticity of dissolved organic matter (DOM), and Cu and Zn availability (i.e. totale concentration and free ionic activity) was measured in soil solutions of the non-bio-influenced soils and the soil bio-influenced by the activities of either plant roots (i.e. rhizosphere) or earthworm bioturbation (i.e. drilosphere). Copper and Zn bioavailability was assessed by the measurement of Cu and Zn concentration in a tropical epi-endogeic earthworm species (Dichogaster saliens) and a temperate plant species (Festuca arundinacea, fescue) exposed to soils in mesocosms under laboratory conditions.In the absence of bio-influence, OF application did not only increase the level of Cu and Zn contamination in soils, but also pH and the concentration and aromaticity of DOM in soil solutions. Total Cu concentration in soil solution increased in soils amended with OF proportionally to DOM concentration while Cu2+ activity decreased mainly proportionally to pH increase, which resulted in a similar Cu availability between soils amended with OF or not. Due to the lower affinity of Zn for DOM, total Zn concentration and Zn2+ activity decreased in soils with OF application proportionally to pH increase, which resulted in Zn availability equal or lower in soils amended with OF than in non-amended soils. Thus, the modification of pH and DOM seems to regulate Cu and Zn availability in non-bio-influenced soils by exerting a protective effect that counteracts Cu and Zn contamination.Under the influence of earthworms or plants, the variation range of pH and DOM concentration was reduced regardless of fertilization type in bio-influenced soils compared to non-bio-influenced soils. In the drilosphere, this resulted in a similar effect of OF application on Cu and Zn availability but in a lesser extent than the effect of OF application in non-bio-influenced soils. In the rhizosphere, the intense root activities resulted in the absence of OF effect on Cu and Zn availability. The combination of the protective effects induced by OF application and organism activity explained why Cu and Zn bioavailability for earthworms and plants did not increase with OF application for a decade despite Cu and Zn contamination in soil

Le traitement des sols, notamment par des liants hydrauliques ou de la chaux, est une technique très répandue pour améliorer les caractéristiques mécaniques d'un sol de qualité insuffisante. Après leur construction, les ouvrages en sols traités sont soumis à des sollicitations environnementales qui peuvent potentiellement altérer les effets du traitement, et donc conduire à la dégradation de la performance du sol traité. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'étudier l'impact de l'accumulation de cycles hydriques sur le comportement mécanique d'un sable traité au ciment. Une méthodologie multi-échelles et multi-physiques a été mise en place pour comprendre et quantifier la dégradation du comportement mécanique macroscopique des sables traités au ciment au cours de cycles de séchage/humidification. La caractérisation mécanique à court terme du sable a été réalisée en menant une campagne d'essais triaxiaux. Le taux de liaison défini à partir de la dilatance du sol traité, a été introduit pour apprécier la mobilisation puis la dégradation des liaisons cimentaires au cours des essais triaxiaux. Afin de caractériser la durabilité du sable traité, l'impact de deux types de cycles hydriques d'intensité variable a été considéré. À la suite des cycles, des essais triaxiaux ont été réalisés constituant une base de données de 130 résultats d'essais. Le suivi du taux de liaison a permis de quantifier explicitement la dégradation des éprouvettes cimentées en fonction du type et du nombre de cycles. Les cycles hydriques ont pour effet principal d'altérer les liaisons cimentaires et donc de diminuer les performances mécaniques. Cette altération dépend du dosage en ciment mais aussi de l'intensité des cycles. Les cycles de type I conduisent à une dégradation plus importante que les cycles de type II. La cinétique de l'altération ainsi que son ampleur dépendent du dosage de ciment. L'investigation des processus intervenant à l'échelle microscopique après 24 cycles des 2 types de cycles via des observations microscopiques (MEB et MET) et des analyses physico-chimiques (DRX et ATG) a mis en évidence des transformations minéralogiques intenses dont la carbonatation des phases cimentaires à divers degrés selon l'intensité du cycle ainsi que la formation d'aiguilles d'ettringite dans la porosité. Pourtant, au niveau du comportement macromécanique, une stabilisation des performances mécaniques après une diminution modérée (-20 à -30% du déviateur) a été observée après 12 cycles hydriques. Cette approche a permis de montrer que décrire les transformations minéralogiques pour décrire la durabilité n'est pas suffisant. Il est nécessaire d'évaluer la contribution de chaque phase dans la résistance puisque des transformations minéralogiques intenses ne sont pas synonymes de fortes dégradations des sols traités. Une loi de comportement pour modéliser le comportement déviatorique observé du sable traité a été proposée en combinant le Hardening Soil Model pour la partie pré-pic et une fonction sigmoïde inverse pour la partie post-pic. Cette approche a montré une bonne précision pour simuler le comportement et notamment le radoucissement des sols traités à des pressions de confinement supérieures à 50 kPa car dans ce cas une fonction exponentielle est probablement plus adaptée pour décrire le comportement post-pic. De plus, l'optimisation a permis de déterminer les valeurs les plus adéquates pour 5 paramètres du modèle (ψ, Rf, m, λ et ecrit) en fonction du dosage en ciment. La modélisation a permis de compléter l'étude expérimentale et apporter une réflexion sur la manière de simuler le comportement post-pic. Cette étude a permis une quantification mécanique à partir d'observations macroscopiques couplée à une quantification physico-chimique des différents processus se produisant lors de cycles hydriques. Un cadre conceptuel permettant de prendre en compte l'effet de la cimentation dans le comportement des sols traités a été proposé
Soil treatment, especially with hydraulic binders or lime, is a widespread technique to improve the mechanical characteristics of poor-quality soils. After their construction, engineering structures are subjected to environmental solicitations that can potentially alter the effects of the treatment, and thus lead to the degradation of the performance of the treated soil. In this context, the objective of this thesis was to study the impact of the accumulation of hydric cycles on the mechanical behaviour of a cement-treated sand. A multi-scale and multi-physics methodology was set up to understand and quantify the degradation of the macroscopic mechanical behavior of cement-treated sands during drying/wetting cycles.Short-term mechanical characterization of the sand was performed by conducting a triaxial testing campaign. The bonding ratio, η_bondmax, defined according to the stress-dilatancy theory, was introduced to assess the mobilization and the degradation of cementitious bonds during the triaxial tests. In order to characterize the durability of the treated sand, the impact of two types of hydric cycles of different intensity was evaluated. Following the cycles, triaxial tests were performed constituting a database of 130 test results. The bonding ratio monitoring allowed to explicitly quantify the degradation of the cemented specimens as a function of the type and number of cycles. The main effect of the hydric cycles is to alter the cementitious bonds and subsequently to decrease the mechanical performances. This alteration depends on the cement content but also on the intensity of the cycles. Type I cycles lead to a more important degradation than type II cycles. The kinetics of the alteration as well as its extent depend on the cement content.The investigation of the processes occurring at the microscopic scale after 24 cycles of the two types via microscopic observations (SEM and TEM) and physicochemical analyses (XRD and GTA) has highlighted intense mineralogical transformations including carbonation of the cementitious phases to various degrees depending on the intensity of the cycle as well as the formation of ettringite needles in the pore-space. However, in terms of macromechanical behaviour, a stabilization of mechanical performance after a moderate decrease (-20 to -30% of the deviatoric stress) was observed after 12 hydric cycles. This approach has shown that relating mineralogical transformations to durability is not sufficient. It is necessary to evaluate the contribution of each phase to the strength since intense mineralogical transformations are not necessarily associated with strong degradation of the treated soils.A constitutive law to model the observed deviatoric behaviour of treated sand was proposed by combining the Hardening Soil Model for the pre-peak hardening and an inverse sigmoid function for the post-peak softening. This approach showed a satisfactory accuracy to simulate the behaviour and in particular the softening of treated soils under relatively high confining pressures. Under low confining pressures an exponentially decreasing function was however more suitable. In addition, parameters optimization determined the most appropriate values for 5 model parameters (ψ, Rf, m, λ, and ecrit) as a function of cement content. The modeling permitted to complete the experimental study and broughtsome reflexions on the way to simulate the post-peak behaviour.This study allowed a mechanical quantification from macroscopic observations coupled with a physicochemical quantification of the various processes occurring during hydric cycles. A conceptual framework allowing to take into account the effect of cementing in the behaviour of treated soils was proposed

L’objectif principal de cette thèse était double : (i) mesurer l’impact d’une espèce de fourmi sur son écosystème, afin (ii) d’en déduire des applications potentielles dans le domaine de la restauration écologique.Les fourmis sont parmi les organismes les plus abondants des écosystèmes terrestres et occupent des zones géographiques très variées. Elles jouent des rôles écologiques clés dans de nombreux écosystèmes comme ingénieurs du sol, prédateurs ou régulateurs de la croissance et de la reproduction des plantes. Cependant les données collectées localement sont souvent parcellaires et ne permettent pas d’avoir une vision complète de l’impact d’une espèce sur son milieu.Messor barbarus (L.), connue pour redistribuer les graines et pour modifier les propriétés physico-chimiques du sol, est largement répandue dans le Sud-Ouest de l’Europe notamment au sein des pelouses méditerranéennes. Elle pourrait donc jouer un rôle majeur dans la composition et structuration de ces pelouses caractérisées par une forte biodiversité mais dont le nombre et la superficie ont drastiquement diminué ces dernières décennies.Dans un premier temps, par une étude multi-compartiments, nous avons confirmé l’hypothèse selon laquelle M. barbarus est une ingénieure de l’écosystème au sein des pelouses méditerranéennes. Elle transforme cet habitat en modifiant, comme attendu, les propriétés physico-chimiques du sol. Ces modifications sont associées à une augmentation de la biomasse et de l’hétérogénéité des communautés végétales ainsi qu’à des changements dans les faunes épigée et endogée (abondance, occurrence et structure des communautés). De plus, M. barbarus modifie profondément les relations trophiques et non trophiques interspécifiques et entre les espèces et leur habitat. L’hétérogénéité créée à l’échelle locale par l’activité de cette fourmi, entraine une diversification des niches écologiques au sein de ces pelouses.Malgré leur rôle souvent majeur sur le fonctionnement des écosystèmes, les fourmis ne sont que très rarement considérées en restauration écologique. Sur notre site d’étude, un chantier de réhabilitation d’une pelouse sèche après une fuite d’hydrocarbures et un transfert de sol, M. barbarus a permis d’accélérer la restauration des propriétés physico-chimiques du sol mais aussi de la banque de graines à moyen terme - sept ans après la réhabilitation du site. Ces résultats font donc de cette espèce une bonne candidate en ingénierie écologique.Afin de généraliser l’utilisation des fourmis en restauration écologique, nous proposons une méthodologie à destination des gestionnaires basée sur l’utilisation de traits fonctionnels et d’histoire de vie. Pour cela nous avons évalué le potentiel des fourmis en écologie de la restauration, puis nous avons listé l’ensemble des traits connus pour affecter les compartiments abiotiques et biotiques et/ou pertinent pour effectuer un suivi du succès de la phase de restauration. La méthodologie proposée permet une première sélection des espèces potentiellement utilisables en fonction des objectifs de restauration
The main objective of this thesis was double: (i) to assess the impact of an ant species on its ecosystem, in order to (ii) deduce potential applications in the field of ecological restoration.Ants are among the most abundant organisms in terrestrial ecosystems and occupy a wide range of geographical areas. They play key ecological roles in many ecosystems as soil engineers, predators or regulators of plant growth and reproduction. However, the information collected locally is often fragmented and does not provide a complete overview of the impact of a species on its environment.Messor barbarus (L.), known to redistribute seeds and to modify the soil physico-chemical properties, is widespread in South-Western Europe, particularly in Mediterranean grasslands. Therefore, it may play a major role in the composition and structuring of these ecosystems, which are characterised by high biodiversity but whose abundance and surface area have decreased drastically in recent decades.Through a multi-compartment study, we confirmed the hypothesis that M. barbarus is an ecological engineer in Mediterranean grasslands. This species changes this habitat by modifying, as expected, soil physico-chemical properties. These modifications are associated with an increase in both biomass and heterogeneity of plant communities, as well as changes in above- and belowground fauna (abundance, occurrence and structure of communities). Messor barbarus profoundly changes trophic and non-trophic relationships within and between species and their habitat. The heterogeneity created locally by the activity of M. barbarus leads to a diversification of ecological niches within these grasslands.Despite their major role in the functioning of ecosystems, ants are rarely considered in restoration ecology. In our study site, corresponding to a dry grassland rehabilited after an oil leak and a soil transfer, M. barbarus contributed to accelerate the restoration of the soil physico-chemical properties but also of the seed bank in the medium term - seven years after the rehabilitation. These results make this species a good candidate for ecological engineering.In order to generalise the use of ants in restoration ecology, we propose a trait-based methodology for stakeholders. We evaluated the potential of ants in restoration ecology, then listed all the traits known to affect abiotic and biotic compartments and/or relevant to monitor the success of the restoration phase. The proposed methodology provides a first selection of potentially relevant species according to the restoration objectives