Дисертації з теми "Déchets – Élimination – Biodégradation"

La directive européenne 99/31/CE sur le stockage des déchets solides fixe des règles de gestion intégrée des déchets. Les pré-traitements mécaniques et biologiques (PTMB) des ordures ménagères doivent permettre de réduire les quantités de déchets stockés et de réduire la fraction biodégradable contenue dans les déchets. L’objectif fixé pour cette thèse a été d’évaluer l’influence des PTMB des ordures ménagères résiduelles sur leur comportement en installations de stockage des déchets. Pour atteindre cet objectif, le travail a été basé d’une part sur l’étude de l’efficacité des opérations de deux procédés industriel et semi-industriel de PTMB (au SDEE-Lozère et au CREED), d’autre part sur l’évaluation au laboratoire du comportement des déchets pré-traités en bioréacteurs de simulation de stockage avec ou sans recirculation de lixiviats. L’influence positive des PTMB des deux procédés est observée ainsi que l’effet de la recirculation sur tous les bioréacteurs
The European directive 99/31/CE on the storage of solid waste fixes the requirements of integrated waste management. By mechanical-biological pretreatment (MBP) of residual municipal solid waste it is possible to reduce the quantity of waste to be landfilled and the waste biodegradable fraction. The objective of this PhD thesis was to evaluate the influence of the MBP of residual municipal solid waste on their behaviour in landfill. In this purpose, the work was based on the one hand on the study of the effectiveness of the operations of two industrial and semi-industrial processes of MBP (at SDEE-Lozère and at CREED) and, on the other hand, on the evaluation of the behavior of pretreated waste in laboratory scale test landfill simulation reactor with and without leachate recirculation. The positive influence of the MBP of the two processes is observed as well as the effect of the recirculation on all bioreactors

Ce travail de recherche a pour objectif essentiel de définir des indicateurs d’évaluation de l’impact du dépôt des déchets solides de la ville de Kara sur la dégradation de la qualité des eaux de la rivière Kara. Cette définition est orientée vers les paramètres de la composition physique et chimique des déchets, de la qualité physico-chimique et bactériologique des eaux, de la capacité des sédiments à remobiliser la pollution accumulée. La caractérisation de la matière organique est particulièrement utilisée comme indicateur à la fois du comportement du déchet à la biodégradation et de la qualité des eaux de la rivière. Le test de lixiviation des sédiments en condition forcée de dissolution des éléments accumulés a permis d’évaluer leur capacité à remobiliser les éléments traces métalliques. Les déchets de la ville sont caractérisés par un fort pourcentage des fractions fine et extrafine. La répartition des différentes catégories a révélé une proportion de putrescibles caractéristiques des ordures ménagères des PED. Le comportement à la biodégradation des différentes fractions a confirmé l’état de fraicheur des déchets sortant des ménages et ceux collectés dans le centre ville et rentrant à la décharge. Le suivi spatio-temporel des paramètres caractéristiques de l’état physico-chimiques et bactériologique des eaux et des sédiments de la rivière a permis d’identifier la matière organique et les éléments comme des indicateurs pertinents d’évaluation de l’impact du dépôt des déchets sur la rivière
The focus of this research is to identify the indicators of the impact of municipal solid waste on the river Kara. The Physical and chemical composition of the waste, bacteriological and physical and chemical quality of water and the capacity of sediment to mobilize and transfer the pollutants, are considered to define these indicators. The organic matter is particular used to predict the biodegradation of the waste and evaluate the decrease of the water quality. The capacity of sediment to transfer the heavy metal is shown by leaching performed under conditions of forced dissolution. The waste of city from Kara contains one high proportion of the fine fraction and the percentage of the putrescible fraction is characteristic of the waste of countries in development. The test of biodegradation has confirmed the freshness state of the waste collected in households and the waste coming from service activities. The monitoring spatiotemporal of the bacteriological and physical and chemical parameters of the water and sediment has permitted to identify the organic matter and metal elements as one of the best indicators of the impact of the management waste on the river Kara

Le présent travail de thèse porte sur le traitement des ordures ménagères suivant trois filières : le stockage conventionnel, en Bioréacteur et le prétraitement biologique (PTB) avant enfouissement. La mise en place et le suivi de pilotes semi industriels a permis l’étude de la dégradation biologique du déchet durant le prétraitement aérobie et en conditions de stockage anaérobies. Le prétraitement biologique a permis une importante réduction du potentiel méthanogène du déchet à enfouir. Le suivi des émissions gazeuses a par ailleurs montré des émissions significatives de composés organiques volatils (COV). La recirculation de lixiviats pratiquée sur un déchet jeune a engendré un phénomène d’accumulation de polluants. L’effet bénéfique de la recirculation sur la production de biogaz n’a pas été mis clairement en évidence. La mesure qualitative et quantitative des émissions liquides et gazeuses a permis d’établir des flux émissifs de polluants, ainsi que des bilans matière (Bilan de masse, hydrique, carbone, azote) relatifs à chacune des filières étudiées. La production de gaz à effet de serre, la génération d’odeurs et le comportement géomécanique du déchet en conditions de stockage ont été intégrées à la comparaison des trois filières. L’étude des données à l’émission des COV, notamment à l’aide d’outils statistiques, a contribué à une meilleure compréhension de l’origine et des processus d’émission de ces composés
The present work is dealing with three ways of MSW treatment : conventional landfill, bioreactor landfill and mechanical and biological treatment (MBT) prior landfill. The study of pilot scale experiments allowed the follow up of biological degradation of MSW in both aerobic (MBT) and anaerobic conditions (landfill). The aerobic treatment leads to a significant reduction of methane production potential of the wastes to be landfilled. The monitoring of gaseous emissions during the treatment shows an important volatile organic compounds (VOC) release. Leachate recirculation on fresh waste generates pollutants concentration. Beneficial effect of recirculation has not been clearly shown. Qualitative and quantitative measurements of liquid and gaseous emissions authorized the calculation of emission factors as well as mass balances (mass, water, carbon and nitrogen). Greenhouse gases and odours emissions and geotechnical behaviour of landfilled waste were also integrated in the comparison. The statistical assessment of VOC emissions contributes to a better understanding of generation and emission phenomena of such compounds

Les potentialités Fibrobacter succinogenes, l'espèce majeure du rumen, ont été utilisées pour la dégradation de végétaux et dans le cadre du projet MELiSSa créé par l'ESA. Dans un premier temps des cultures sur glucose nous ont permis de maîtriser notre procédé et de valider les techniques utilisées. Les cultures sur déchets végétaux (chou, soja et paille) par Fibrobacter succinogenes ont permis de mettre en évidence des cinétiques de dégradation différentes selon le substrat utilisé. Ensuite, les cultures sur un substrat issu d'une première dégradation par biométhanogenèse (projet MELiSSA), ont permis une amélioration du système et ont révélé des rendements de dégradation importants. La recherche d'un contaminant par biologie moléculaire a été menée pour expliquer la production de butyrate dans nos cultures. Enfin le programme "Anaerobic Waste Compartment Modelling and Simulation" nous a montré une très grande similitude avec les résultats expérimentaux

Apres une etude biliographique axee principalement sur la structure du bois et sur la reactivite chimique de l'ozone sur la lignine, l'influence de quatre parametres principaux -masse et humidite du solide, debit gazeux, concentration en ozone- sur la reaction de degradation de la lignine de sciure de peuplier par l'ozone, en lit fixe, est mise en evidence. L'evolution de la masse de lignine en fonction du temps d'ozonation a ete suivie pour differentes valeurs du debit gazeux et de la concentration en ozone. Une modelisation globale, basee sur l'ecriture de la vitesse de la reaction chimique et du bilan matiere sur l'ozone permet de rendre compte de l'evolution de la masse des reactants et des produits hydrosolubles en fonction du temps d'ozonation.

Le concept du stockage sanitaire évolue progressivement vers le concept de stockage durable ou « sustainable landfill » avec l'idée sous-jacente d'une gestion générationnelle des déchets. Elle consiste à ne pas transmettre de risque sanitaire d'une génération a l'autre. Pour y parvenir, deux procèdes d'accélération de la dégradation de la matière organique sont proposes: le prétraitement mécano-biologique et la recirculation des lixiviats. Ces deux procèdes visent a stabiliser les déchets stockes plus rapidement. Néanmoins, la notion de stabilité d'un déchet reste encore mal définie. L’objectif de cette thèse est de mettre au point une méthodologie de caractérisation multicritère : globale, chimique, biologique et thermique afin de décrire l'etat de la dégradation de la matière organique de manière objective. L’application de cette méthodologie sur différents déchets ayant subi divers traitements de stabilisation aérobie et sur déchets incubes en conditions simulées de stockage permis d'évaluer l'impact de ces procèdes sur la dégradation des déchets. D'autre part, l'analyse de données sur les différents déchets étudies, a mis en évidence les tests les plus pertinents pour défini l'état de dégradation de la matière organique des déchets
The concept of the sanitary storage rises progressively toward “sustainable landfill". The objective is to avoid transmitting sanitary risk from a generation to another. To meet this objective, two processed of acceleration of organic matter degradation are proposed: mechanical-biological pretreatment and leach ate recirculation. These two processes goal are to stabilize more quickly the stored waste. Nevertheless, the notion of waste stability is still not well defined. The aim of this PhD thesis is to finalize a multi criteria characterization methodology: global, chemical, biological and thermal one, in order to describe the organic matter degradation with objectivity. This methodology applied on different waste having undergone various treatments of aerobic and anaerobic stabilization has permitted to value the impact of these processes on the waste degradation. On the other hand, the data analysis on the different studied wastes has showed the most applicable tests to define the state of organic matter degradation of waste

L'un des objectifs de cette etude etait de proposer un test de traitabilite d'effluents industriels aqueux base sur la photooxydation uv directe couplee au suivi par spectrophotometrie uv de l'evolution de la matiere organique. Ce test a ete applique a differents effluents de l'industrie chimique et petrochimique et les resultats on ete compares a deux tests classiques de biotraitabilite. La comparaison des processus de photodegradation et de biodegradation montre qu'il est envisageable de modeliser la biodegradation des matieres organiques par le systeme photochimique presente (correlation > 0,95). Ainsi, l'etude du comportement d'un effluent donne vis-a-vis de la photodegradation pourrait permettre de prevoir son devenir au cours d'un processus de biodegradation. Ce test est couramment utilise au laboratoire d'une station d'epuration biologique industrielle (naphtachimie, lavera). Dans un second temps, le traitement de 18 effluents industriels avec des concentrations en cod variant de 1,5 a 100 g. L - 1 et 5 lixiviats de decharges urbaines (cod < 0,5 g. L - 1) a ete etudie. Compte tenu de la nature des effluents et des objectifs de traitement (rejet dans le milieu naturel, pretraitement ou postraitement et dilution dans le reseau d'assainissement urbain) fixes, differentes methodes de traitement on ete utilisees, notamment les procedes d'oxydation avancee. L'effet de la modification du ph, de la coagulation ou du melange des echantillons a ete etudie avant l'application des poa. L'utilisation des poa, principalement les systemes uv/h 2o 2 et uv/o 3, peut etre envisagee pour le traitement d'effluents industriels avec une charge organique elevee ou des lixiviats de decharge contenant des composes organiques refractaires a la biodegradation. La couleur apparente peut etre diminuee et la biodegradabilite augmentee. L'efficacite des poa depend de la concentration en oxydant, du ph, de l'intensite de l'irradiation et de la nature et concentration de la matiere organique.

Cette etude porte sur la biotransformation des hydrocarbures aromatiques polycycliques par des champignons filamenteux, en vue de l'utilisation de ces organismes pour le biotraitement de sols industriels. Dans un premier temps, les differentes techniques existantes de depollution sont presentees, ainsi que les champignons filamenteux, leurs principaux systemes enzymatiques de biotransformation, et les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Nous abordons ensuite la presentation des outils developpes pour mener a bien les etudes en sol industriel. Ces outils comprennent un systeme triphasique de screening qui a mis en evidence les aptitudes remarquables de trametes versicolor et de cunninghamella elegans a degrader les polluants. Nous presentons egalement une technique d'inoculation de la biomasse fongique dans les sols, et quelques parametres permettant de choisir les surfactants les plus adaptes a la solubilisation des hydrocarbures. Enfin, la degradation des hydrocarbures aromatiques polycycliques est etudiee dans les sols industriels et agricoles artificiellement contamines. Les deux souches retenues ne degradent pas les polluants dans le sol d'une usine a gaz alors que les composes modeles sont mineralises dans le sol agricole. Dans tous les cas, les champignons sont dans un etat physiologique permettant la degradation. En reacteur destine au traitement de lixiviats, les laccases purifiees oxydent majoritairement le benzoapyrene en quinones, mais ne degradent pas les polluants contenus dans un extrait de sol industriel. En revanche, t. Versicolor cultive en fermenteur diminue de facon importante les quantites d'hydrocarbures dans le milieu. Nos resultats suggerent que certains champignons filamenteux presentent de bonnes aptitudes a transformer les hydrocarbures aromatiques polycyliques, mais que la faible disponibilite de ces polluants dans les sols industriels interdit pour l'instant leur degradation.

Cette thèse explore l'utilisation des procédés électrochimiques pour le traitement d'un lixiviat de décharge réel prélevé au centre d'enfouissement technique d'Alger. Ce traitement présente un défi majeur pour les méthodes conventionnelles en raison de la forte charge en matière organique difficilement biodégradable. Trois procédés électrochimiques, dont l'oxydation anodique (OA), l'électro-Fenton (EF), et l'électrocoagulation, ont été étudiés. Les objectifs incluent la mise en évidence des avantages et des limites de chaque procédé, ainsi que la compréhension des mécanismes impliqués dans le traitement de cet effluent complexe. Dans le cadre d'un projet de recherche collaboratif soutenu par le PHC Tassili (Algérie / France), les procédés d'OA et d'EF ont été évalués à l'échelle du laboratoire. L'OA avec une électrode en diamant dopé au bore (DDB) s'est révélée la plus adaptée pour éliminer la charge organique, bien que des limites aient été identifiées, notamment la consommation énergétique élevée (116 kWh m-3), l'élimination partielle de la charge azotée, et l'oxydation des ions Cl- en espèces indésirables. L'intégration de l'OA dans une filière de traitement a été envisagée, notamment en combinant l'OA avec l'électrocoagulation (EC) et un traitement biologique pour réduire la densité de courant et le temps de traitement. Cette approche a montré une élimination partielle de la charge organique avec une faible consommation énergétique (2,8 kWh m-3), bien que la gestion des boues reste une problématique. L'application de l'OA à 200 mA pendant 4 heures a augmenté l'efficacité de minéralisation à 65% et a amélioré la biodégradabilité de la charge organique résiduelle. Cette étape a également ouvert la voie à un couplage potentiel avec le bioréacteur à membrane sur le site d'Alger. En réduisant la charge électrique, la formation d'ions chlorates et perchlorates au cours du procédé d'OA a été fortement réduite. Une étude comparative a souligné la pertinence de l'utilisation de l'OA en tant que prétraitement. Les résultats sur site ont confirmé l'adaptabilité du bioréacteur à membrane pour une élimination efficace de la charge en azote. Ainsi, l'intégration d'un procédé d'EC et d'OA en amont du bioréacteur à membrane semble prometteuse pour réduire significativement la charge organique résiduelle, avec une réduction notable des concentrats formés lors des étapes ultérieures impliquant des procédés membranaires (nanofiltration, osmose inverse)
This thesis focuses on utilizing electrochemical processes for the treatment of actual landfill leachate from the municipal landfill site of Algiers. The challenge lies in the high concentration of poorly biodegradable organic compounds. Three electrochemical processes—namely, anodic oxidation (AO), electro-Fenton (EF), and electro-coagulation (EC)—were examined. The primary objectives were to assess the strengths and weaknesses of each process, understand the underlying mechanisms, and determine their optimal placement within a comprehensive treatment scheme, considering potential integration with biological treatment. The study was part of a collaborative project funded by PHC Tassili (Algeria/France).In laboratory-scale batch reactors, AO and EF processes were analyzed, comparing different anode and cathode materials to identify the most effective configuration for removing organic compounds from raw landfill leachates. AO with a boron-doped diamond anode (BDD) proved most suitable, achieving 81% removal of total organic carbon after 6 hours at 500 mA. However, drawbacks included high energy consumption (116 kWh m-3), partial nitrogen removal, and the formation of undesirable chemical species from chloride oxidation.The integration of AO into a comprehensive treatment scheme was explored to capitalize on its non-selective removal of organic compounds while addressing identified drawbacks. Combining AO with EC and biological treatment aimed to reduce current density and treatment time during the AO process. EC showed potential for a 40% partial removal of the organic load with low energy consumption (2.8 kWh m-3). However, sludge management posed challenges. Applying AO at 200 mA for 4 hours increased mineralization efficiency to 65%, and this treatment step enhanced the biodegradability of the residual organic load. Combining AO with the membrane bioreactor at the Algiers landfill site showed promise, reducing the formation of ClO3- and ClO4- ions significantly.Using AO as a pre-treatment before the membrane bioreactor emerged as a more promising strategy, optimizing energy consumption and minimizing the formation of ClO3- and ClO4- ions compared to post-treatment. The membrane bioreactor efficiently removed nitrogen load. Overall, a treatment train incorporating EC and AO as pre-treatment before the membrane bioreactor appears promising for reducing the residual organic load, potentially decreasing concentrates generated by subsequent membrane-based treatment steps

La présence de micropolluants à l’entrée des opérations d’épuration d’effluents industriels induit des problèmes au cours du traitement par des procédés biologiques, certaines molécules n’étant pas nécessairement biodégradées. Les substances prioritaires les moins volatiles sont aussi les plus hydrophobes (ex : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et ont tendance à s’adsorber majoritairement sur les matières organiques et les boues. A l’inverse, les molécules moins hydrophobes mais très volatiles comme les Benzène, Toluène, Ethylbenzène et p-Xylène ont une forte propension à être transférées dans l’atmosphère lors des phases d’aération. Dans le projet ANR HYBIOX « Procédés biologiques hybrides pour l’amélioration de la dégradation de xénobiotiques », il s’agit d’évaluer des bioréacteurs hybrides reposant sur l’addition de supports mobiles et adsorbants dans des procédés à boues activées de manière à mieux fixer ces polluants et à faire co-exister flocs et biofilms au sein du même réacteur. Le couplage entre les phénomènes physico-chimiques et biologiques a été étudié dans un réacteur séquencé. La modélisation de ces phénomènes permet de tester des hypothèses, de prévoir les conditions opératoires optimales pour appréhender un processus, et aide à l’interprétation de résultats. Un modèle d’adsorption sur support hétérogène, développé sous Matlab® et un modèle intégrant le couplage des phénomènes en dynamique, développé sous Aquasim® ont été étudiés. Les simulations réalisées concordent avec les résultats expérimentaux et permettent de conclure que les mécanismes d’élimination abiotiques jouent un rôle très important dans les « performances épuratoires » du procédé de traitement biologique aérobie. Les transferts de BTEX de la phase liquide vers le compartiment gazeux sont significatifs (>99% en 2 heures) et les quantités d’HAPs détectées dans la fraction solide sont importantes (élimination moyenne >65% lors de la décantation primaire). Le réacteur hybride présente de nombreux avantages. D’une part l’addition de charbon actif en grain dans des procédés à boues activées permet de fixer les polluants ciblés et d’augmenter leur temps de séjour dans le procédé. D’autre part, la réduction de leur concentration à un niveau non inhibiteur permet l’absorption des variations de charges qui sont fréquentes dans les effluents industriels. Pour les Composés Organiques Volatiles (ex : BTEX), l’ajout de particules adsorbantes et l’analyse des modes opérationnels minimisant le transfert dans la phase gaz sont les points prépondérants. Il s’agit alors d’évaluer avec quelle dynamique l’adsorbant peut se biorégénérer dans le système
One of the main challenges currently facing environmental conservation is to reduce the discharge of organic micropollutants from industrial liquid outflows. Biological aerobic treatment is the most commonly used treatment, but conventional systems were not conceived with the idea of eliminating micropollutants, these molecules not necessarily being biodegraded. Among the selected substances, the least volatile molecules are also the most hydrophobic (PAHs) and tend to be absorbed mostly on suspended solids or sludge. Conversely, the less hydrophobic but highly volatile molecules, such as BTEX, have a strong tendency to be transferred into the atmosphere during the aeration phase. In the project ANR HYBIOX « hybrid biological practices for improving the breakdown of xenobiotics », hybrid bioreactors based on the addition of mobile and absorbent surfaces in the activated sludge processes are evaluated, so as to better pinpoint these pollutants and to allow flocs and biofilms to co-exist within the same reactor. The coupling of physicochemical and biological phenomena was studied in an SBR. Modelling these phenomena allows us to test hypotheses, predict the optimal operating conditions for stopping a process, and helps with the interpretation of the results. We drew on a model of adsorption on heterogeneous surfaces, developed under Matlab®, and on a model integrating the coupling of phenomena, developed under Aquasim®. The simulations carried out correspond with the experimental results and allow us to conclude that the abiotic elimination mechanisms play a very important role in the “purification results” of the biological aerobic treatment process. Over the course of the treatment, the transfer of BTEX from the liquid phase to the gas compartment was significant (>99% in two hours) and the quantities of PAHs detected in the solid fraction were considerable. The hybrid reactor presents a number of advantages over a classic biological process. On the one hand, the addition of activated carbon grains in the activated sludge process allows us to pinpoint the targeted pollutants and increase their residence time within the process. On the other hand, to reduce their concentration to a non-inhibitory level (if this is the case), and finally to allow the absorption of variations in charge which are common in industrial outflow. For more volatile and less hydrophobic molecules (ex : BTEX), the addition of absorbent particles and the analysis of operational modes which minimize the transfer in the gas phase are the predominant points. We will therefore have to evaluate with which dynamic the adsorbent can bioregenerate in the system

Cette thèse, cofinancée par l'ADEME et VEOLIA, porte sur l'étude du comportement hydro-mécanique d'un déchet biodégradable déposé en Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). La biodégradation induit des biogaz et le concept de bioréacteur suppose une circulation de lixiviat, d'où l'importance de l'étude des transferts des effluents dans la masse stockée. La compressibilité du déchet doit aussi être prise en compte car le tassement des différentes couches de déchets d'un casier, dû à la contrainte imposée par la colonne de matériau sus-jacente, entraîne une diminution de la perméabilité intrinsèque du milieu. De plus, les perméabilités au gaz et au liquide vont dépendre de la perméabilité intrinsèque mais aussi du degré de saturation en liquide. Trois types de cellules, oedo-perméamètre, oedo-succiomètre, transmissivimètre ont été conçus afin de mesurer l'évolution des propriétés de transfert d'un déchet sous compression. Les résultats ont notamment permis de monter le bon accord avec un modèle de double porosité. L'objectif était aussi de considérer l'évolution du matériau avec la biodégradation : quatre pilotes de méthanisation sous confinement, nommés CICLADE, simulant les conditions in situ et permettant des bilans massiques en continu, ont été mises au point. Les expériences sont, au moment de la rédaction de ce mémoire, toujours en cours
This thesis, supported by The French Environmental Agency and VEOLIA, is related to the study of the hydro-mechanical behaviour of waste, stored in a landfill. The settlement of the different layers of a landfill, due to the compression stress, induced by the upper column of waste, conducts a decrease of the intrinsic permeability of the medium. The gas and hydraulic permeability depend on the intrinsic permeability but also on the saturation degree. Three cells were designed in LTHE in order to assess the evolution of the transfer's properties of a compacted waste. Results are in good agreement with a dual porosity model. The target was in addition to consider the settlement linked to the biodegradation phenomena: four compression cells, called CICLADE have been developed. Experiences are still in progress

Cette thèse, cofinancée par l'ADEME et VEOLIA, porte sur l'étude du comportement hydro-mécanique d'un déchet biodégradable déposé en Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). La biodégradation induit des biogaz et le concept de bioréacteur suppose une circulation de lixiviat, d'où l'importance de l'étude des transferts des effluents dans la masse stockée. La compressibilité du déchet doit aussi être prise en compte car le tassement des différentes couches de déchets d'un casier, dû à la contrainte imposée par la colonne de matériau sus-jacente, entraîne une diminution de la perméabilité intrinsèque du milieu. De plus, les perméabilités au gaz et au liquide vont dépendre de la perméabilité intrinsèque mais aussi du degré de saturation en liquide. Trois types de cellules, oedo-perméamètre, oedo-succiomètre, transmissivimètre ont été conçus afin de mesurer l'évolution des propriétés de transfert d'un déchet sous compression. Les résultats ont notamment permis de monter le bon accord avec un modèle de double porosité. L'objectif était aussi de considérer l'évolution du matériau avec la biodégradation : quatre pilotes de méthanisation sous confinement, nommés CICLADE, simulant les conditions in situ et permettant des bilans massiques en continu, ont été mises au point. Les expériences sont, au moment de la rédaction de ce mémoire, toujours en cours.

L'étude a permis de mettre en évidence une activité cellulolytique libre dans le tube digestif du lombricien Eisenia fetida andrei. Le système enzymatique complet d'hydrolyse de la cellulose y est présent. A l'aide de cultures organotypiques, il est montré que cette activité relève d'une synergie entre enzymes tissulaires et microbiennes et que les protozoaires ciliés inféodés au tube digestif n'ont pas de rôle dans cette activité. Des bactéries cellulolytiques et des bactéries ligninolytiques ont été isolées à partir du contenu du tube digestif. L'observation au microscope électronique à balayage a permis d'apprécier in situ les variations des communautés microbiennes dans les différentes parties du tube digestif et de révéler plus particulièrement l'existence de kystes de ciliés et de microorganismes filamenteux probablement autochtones. D'autre part, l'incubation de déchets lignocellulosiques en présence de la microflore hétérogene du tube digestif a montré un taux de delignification variant de 5 à 16%. Enfin, une étude en microcosmes au laboratoire sur une période de 10 mois a permis d'analyser l'impact des activités cellulolytiques et ligninolytiques liées à la présence des vers et à l'interaction avec les microorganismes sur l'évolution de la matière organique de déchets lignocellulosiques d'érable compostés ou vermicompostés. Dans une première phase, la matière organique totale et les polysaccharides totaux subissent une dégradation relativement rapide. Les aromatiques totaux et la lignine ne se dégradent qu'après un mois de compostage. L'analyse en spectrométrie 13C CPMAS RMN du solide montre qu'une meilleure ligninolyse se réalise dans le vermicompost comparativement au compost simple, ce que ne peut révéler les dosages chimiques classiques. En effet dans la phase finale, un phénomène de polycondensation et/ou de néosynthèse se met en place, les deux types de compost évoluant différemment. Un enrichissement plus net en produits de polycondensation et en polysaccharides, qui s'accompagne toutefois d'un taux d'aromaticité plus faible, a été mis en évidence dans le vermicompost. Ces résultats sont interprétés comme un stade plus avancé dans le processus d'humification, reflet du mutualisme entre vers et microorganismes.

L'irrigation par les eaux usées est une pratique intéressante dans les régions arides et semi-arides où la ressource en eau subit une pression accrue. Cependant, cette pratique risque de contaminer les sols par des contaminants chimiques tels que les polluants organiques émergents comme les médicaments. Les mécanismes de transfert et de transformation de ces molécules sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les processus de biodégradation et de sorption des médicaments en conditions contrôlées, avec une réflexion dans le contexte de la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. Nous avons exploité la signature chirale de l'antidépresseur venlafaxine (VEN) et de son métabolite humain majeur O-desméthyl venlafaxine (ODV) afin de discriminer le processus biologique et les processus abiotiques. Les résultats au laboratoire ont montré une corrélation entre le taux de biodégradation et le changement de fraction énantiomérique. La fraction énantiomérique de la VEN a été ensuite suivie à la sortie d'une STEP et dans une rivière recevant ce rejet, où un changement de la fraction énantiomérique a été observé, montrant l'intérêt de mieux développer cette approche pour des études de biodégradation in situ. Le processus de sorption des molécules cationiques VEN et ODV a été étudié avec deux approches, statique en batch et dynamique en colonne de lixiviation, avec une comparaison avec les molécules neutres carbamazépine et son métabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine. L'étude en batch a montré que pH et force ionique a influencé la sorption des molécules cationiques mais pas celle des molécules neutres. L'échange cationique pourrait ainsi jouer un rôle important dans la sorption des molécules cationiques. L'étude de la lixiviation a montré que les molécules neutres ont été plus mobiles que les molécules cationiques et elles sont susceptibles de contaminer l'eau souterraine dans le cas de l'irrigation par des eaux usées
Wastewater irrigation represents great interest in arid and semi-arid regions where water demand is important. However, wastewater irrigation results in, for example, soil contamination by emerging organic pollutants such as pharmaceuticals. Transport and transformation mechanisms of these substances are still poorly understood. The objective of this thesis was to study the processes of biodegradation and sorption of pharmaceutical products in laboratory experiments, with a special reflection in the context of wastewater irrigation. Firstly, we exploited the chiral signature of the antidepressant venlafaxine (VEN) and its major human metabolite O-desmethyl venlafaxine (ODV) in order to discriminate the biological processes from other processes. Laboratory experiment showed a correlation between the biodegradation rate and the change in enantiomer fraction. The VEN was then monitored at the outlet of a WWTP and in the river receiving the discharge. A change in enantiomer fraction showed the interest for a better development of this application to investigate in situ biodegradation. Secondly, the sorption of cationic molecules VEN and ODV, as well as the neutral molecules antiepileptic carbamazepine and its human metabolite trans-10,11-dihydro-10,11-dihydroxy carbamazepine, was studied in batch and soil column leaching experiments. The pH and ionic strength conditions in batch experiment influenced the sorption of VEN and ODV, while there was little impact for neutral compounds. The cationic exchange should play an important role in the sorption process of cationic molecules. Leaching study showed that neutral compounds are much more mobile than cationic compounds; therefore they may contaminate groundwater in the case of wastewater irrigation

Les Argiles de Boom ont été identifiées par le SCK-CEN comme un éventuel site de stockage de déchets nucléaires en couche géologique profonde : elles font l’objet d’études dans le laboratoire souterrain de Mol (Belgique). Dans ce contexte, il est important d’évaluer les conséquences du creusement de galeries sur les propriétés de ces Argiles. Ce travail de thèse cible plus particulièrement les effets d’oxydation à l’air et de biodégradation anaérobie sur la MO fossile. Les expériences d’oxydation ont combiné des suivis expérimentaux (série artificielle) et des études sur des échantillons altérés in situ (série naturelle) dans les galeries du laboratoire. Elles ont ciblé le kérogène, la MOE et MOD. La confrontation des données des deux séries révèle que nos simulations expérimentales sont représentatives des processus ayant lieu dans les galeries. Ces travaux démontrent aussi que l’oxydation induit (i) une augmentation importante de la quantité de MOD et (ii) une modification majeure de la chimie de la MOE et de la MOD caractérisée par la formation de molécules oxygénées de faible poids moléculaire. Par ailleurs, l’étude comparative des eaux issues des échantillons altérés avec celles prélevées dans les piézomètres du site démontre que ces dernières ne sont pas affectées par des processus d’oxydation et sont comparables aux eaux issues des échantillons sains. Des expériences de biodégradation menées sur des argiles saines et préalablement oxydées artificiellement n’ont montré aucune évolution significative de la MO fossile (MOE et MOD); la biodégradation anaérobie n’est donc pas un processus dominant dans le contexte des perturbations induites par les excavations
The Boom Clay was focused because it is identified by SCK-CEN as a possible radioactive waste storage in the geological disposal site and in situ experiments are performed in the underground laboratory of Mol (Belgium). In this context, it is important to assess the consequences of galleries excavation on the properties of the Boom Clay. The particular focus of this study is the effects of air oxidation and anaerobic biodegradation on the OM. The experiments dealing with the effects of air oxidation have combined studies of artificial oxidized samples (artificial series) and samples altered in the gallery of the underground laboratory (natural series). These experiments focus on the Kerogen, the EOM and the DOM. The comparison of data from artificial and natural series shows firstly that our experimental simulations are the representative of processes taking place in the galleries. These studies show that air oxidation induced (i) a significant increase in the amount of DOM and (ii) a major change in the chemistry of the EOM and DOM characterized by the formation of low molecular weight oxygenated molecules. Moreover, comparison between water extracted from altered samples and piezometers shows that the water of the site is not affected by oxidation processes. The piezometer water samples are similar to that extracted from non-altered samples. Biodegradation experiments conducted on non altered and artificially oxidized clay did not show significant changes of fossil and dissolved organic matter. It seems that anaerobic biodegradation is not a major process in the context of disturbances induced by the excavation

Cette etude constitue une premiere pour un laboratoire specialise dans le domaine du traitement physico-chimique des eaux de se meler de problemes de formulation de concentres de fluides de coupe aqueux. Dans le cadre de cette etude, deux objectifs ambitieux ont ete atteints, le premier objectif a ete de developper de nouvelles formulations de concentres de fluides de coupe aqueux de type macroemulsions et microemulsions peu polluants, le deuxieme objectif a ete de mettre au point des techniques de traitement adaptees a ces nouveaux fluides de coupes. L'originalite de ces travaux est liee essentiellement a la substitution dans les formulations de fluides de coupe de cotensioactifs de type alcool tres polluants par des tensioactifs non ioniques peu solubles dans l'eau et presentant d'excellentes proprietes emulsifiantes. L'interet de ces nouvelles formulations est de permettre l'utilisation de techniques de traitement apres usage peu couteuses et faciles a mettre en uvre directement par l'utilisateur, a savoir, le cassage chimique ou bien un traitement par ultrafiltration. La pollution residuelle est de 3 a 10 fois plus faible que celle entrainee par les formulations actuellement commercialisees. De plus, cette etude a permis de quantifier pour la premiere fois, grace a l'utilisation d'un granulometre de type nonosizer l'influence de la durete de l'eau de preparation et de la concentration en concentres sur la stabilite des microemulsions ainsi formees. De meme cette etude a permis une analyse originale des phenomenes mis en jeu lors de l'ultrafiltration de microemulsions, permettant ainsi d'expliquer les taux de rejet tres eleves observes experimentalement

L'oxydation en phase aqueuse des polluants organiques par l'oxygene moleculaire activee par du peroxyde d'hydrogene en presence de sels de fer constitue une technique efficace de traitement pour divers types de rejets industriels. L'influence des principales variables est etudiee quantitativement lors du traitement de divers polluants organiques modeles, contenant ou non des heteroatomes, en utilisant la methodologie de la recherche experimentale. Suivant l'objectif recherche, ce procede peut conduire soit a une amelioration de la biodegradabilite de l'effluent, soit a une degradation quasi totale en dioxyde de carbone et eau de la charge organique. La temperature de fonctionnement de ce nouveau procede est comprise entre 180 et 200c, la quantite de peroxyde d'hydrogene introduite peut varier entre 5 et 20 % de la quantite stoechiometrique et le temps de reaction est de l'ordre de 1 heure. La capacite de cette technique a apporter une solution fiable et de cout modere est validee par des essais de traitement d'effluents industriels

Ce travail concerne l'étude de la dégradation enzymatique de micropolluants pharmaceutiques récalcitrants présents dans l'eau. Tout d’abord, les efficacités de trois laccases différentes issues respectivement de : Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) et Myceliophtora thermophila ont été comparés lors d’essais de dépollution de solutions modèles renfermant trois antibiotiques (amoxicilline, ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et un antiépileptique (carbamazépine). Les essais ont été réalisés avec les laccases libres en présence ou non de médiateurs redox. L'impact de plusieurs paramètres opératoires sur les performances des enzymes a également été étudié. Puis, une nouvelle méthode d’immobilisation des laccases impliquant l’activation du support (microparticules à base de silice commerciales) par du glutaraldéhyde en phase vapeur a été mise au point et optimisée en utilisant la méthodologie de plans d’expériences. Après immobilisation, la laccase Tv s’est avérée être la plus active. Des essais de dégradation en présence de médiateurs redox ont confirmé l’efficacité de l’enzyme immobilisée et sa possible réutilisation lors de cycles successifs. La toxicité des solutions après traitement a été évaluée par des tests Microtox®. La laccase Tv a également été immobilisée sur des nanoparticules non commerciales à base de silice ou d’argile ainsi que sur des composites à base de silice et d’argile. La laccase Tv immobilisée sur les supports composites riches en silice a montré une plus grande réactivité et de meilleures performances pour l'élimination des composés cibles
This work is focused on the study of the enzymatic depletion of recalcitrant pharmaceutical micropollutants in water. The potential degradation of three antibiotics (amoxicillin, ciprofloxacin and sulfamethoxazole) and one anti-epileptic (carbamazepine) was studied with three laccases: Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) and Myceliophtora thermophila. Free laccase systems were evaluated for pharmaceuticals depletion on model solutions in the presence or absence of redox mediators and the impact of several parameters on the performance of laccases for degradation were studied. The enzymes were then immobilized on different solid supports: commercial silica, laboratory synthetized nano-silica and clay based composite nanomaterials and used for degradation tests. A novel methodology for the covalent binding of laccases onto carriers was developed by using glutaraldehyde in vapour phase and the best immobilization conditions were determined through a 23 full factorial design. The immobilized Tv shown the highest activity and was tested in presence of redox mediators. Moreover, the reusability was evaluated in several degradation cycles and the toxicity of the solutions after treatment was assessed with the Microtox® test. In comparison to laccase immobilized on commercial silica, the Tv supported on laboratory synthetized materials showed higher activity and a better performance for the removal of target compounds

Alors que l'épandage de déchets huileux à forte dose sur des sols non cultivés est utilisé pour éliminer les hydrocarbures, les épandages à faible dose sur les terres cultivées ont été peu envisagés. Aussi, des essais ont été conduits au laboratoire et au champ afin de suivre le devenir et les effets, dans le système sol-plante-microorganismes, d'hydrocarbures appliqués à faible dose sous la forme de déblais de forage. Ont été pris en compte la phytotoxicité, le transfert sol-plante, la biodégradation en absence et en présence de plante et l'infiltration des hydrocarbures. Les résultats des études en laboratoire montrent que les hydrocarbures perturbent la germination et la croissance des végétaux. La phytotoxicité dépend de la dose, du type de molécule et varie en fonction des espèces végétales. Aucun transfert d'hydrocarbures dans les parties aériennes du maïs n'est observé. Dans le sol, la majorité des hydrocarbures est dégradée et le résidu final de la biodégradation est constitué de molécules cycliques. En présence de plante, la dégradation est plus rapide et l'exsudation racinaire est un facteur important de stimulation de la dégradation des hydrocarbures dans la rhizosphère. Au champ, l'infiltration sélective des hydrocarbures légers et de certains métabolites dans le profil de sol et dans les eaux de drainage est observée. L’importance du phénomène dépend de la quantité et du type d'hydrocarbures et des conditions pédoclimatiques. L’épandage de déblais de forage en plein champ entraine une légère diminution du rendement des deux premières cultures. Aucun hydrocarbure pétrogénique n'est retrouvé dans les plantes. Dans ces conditions, la vitesse de disparition des hydrocarbures est proportionnelle à la dose d'épandage. Les alcanes linéaires, ramifiés et certains aromatiques sont dégradés alors que les composés cycliques persistent. L’apport de petites quantités de déblais de forage pourrait constituer une alternative au landfarming intensif des déchets huileux. Cependant, la présence de molécules mobiles et toxiques peut avoir des conséquences négatives sur l'agrosystème

L’objectif principal de cette étude est d’évaluer le rôle de l’activité de bactéries hydrogénotrophes et ferri-réductrices sur le processus de corrosion anoxique en utilisant des indicateurs géochimiques. Il est considéré que le couple redox H2/Fe(III) est un moteur important pour les activités bactériennes qui peuvent ainsi affecter les vitesses de corrosion par la déstabilisation des couches de passivation (i.e. magnétite, Fe3O4). Les résultats indiquent que la magnétite de synthèse est déstabilisée en présence de bactéries hydrogénotrophes et ferri-réductrices due à la réduction du Fe(III) structural couplée à l’oxydation de l’H2. La quantité de Fe(III) bioréduit est augmentée en présence de concentrations croissantes en H2 dans le système: 4% H2 < 10% H2 < 60% H2. De plus, les résultats indiquent que la réaction de corrosion est différente selon la composition de la solution et la surface de contact de l’échantillon métallique (poudre de fer ou coupon en acier au carbone). Les produits de corrosion solides sont différents pour chaque échantillon étudié: vivianite, sidérite et chukanovite sont les principales phases minérales identifiées dans les expériences avec de la poudre de fer, tandis que vivianite et magnétite sont identifiées en présence de coupons en acier au carbone. Les résultats montrent que la vitesse de corrosion est quasiment deux fois plus importante en présence de bactéries après 5 mois de réaction. Cette étude apporte une nouvelle approche sur la compréhension des phénomènes de biocorrosion, l’identification des mécanismes physico-chimiques et la détermination des paramètres contrôlant la vitesse de corrosion
The main objective of this study is to evaluate the role of hydrogenotrophic and IRB activities on anoxic corrosion process by using geochemical indicators. It is assumed that the redox couple H2/Fe(III) is an important driver for bacterial activities potentially affecting the corrosion rate by destabilization of passive layers (i.e. magnetite, Fe3O4). Our results indicate that synthetized Fe3O4 is destabilized in the presence of hydrogenotrophic IRB due to structural Fe(III) reduction coupled to H2 oxidation. The extent of Fe(III) bioreduction is notably enhanced with the increase in the H2 concentration in the system: 4% H2 < 10% H2 < 60% H2. Moreover, the results indicate that corrosion extent changes according to the solution composition and the surface of metallic sample (iron powder and carbon steel coupon). The solid corrosion products are different for each sample: vivianite, siderite and chukanovite are the main mineral phases identified in the experiments with iron powder, while vivianite and magnetite are identified with carbon steel coupons. Our results demonstrate that corrosion rate is increased almost two-fold in the presence of bacteria after 5 months of reaction. This study gives new insights regarding the understanding of biocorrosion phenomena, identification of physicochemical mechanisms, and determination of key parameters controlling the corrosion rate