Le 7 août 2009, un pipeline transportant du pétrole brut s'est rompu, provoquant le déversement de 5100 m3 de brut sur 5 hectares de la Réserve Naturelle des Coussouls de Crau. Le pétrole a atteint l'aquifère et a formé un LNAPL qui alimente un panache de polluants dissous, dont le benzène, composé cible car toxique. Cette étude vise à montrer que la biodégradation du pétrole (biostimulation ou atténuation naturelle), en particulier des composés dissous, est une mesure efficace de gestion à long terme des risques pour la ressource en eau. Une première étude en microcosmes a montré la biodégradation, même dans les conditions les plus réductrices, des composés cibles dont le benzène. Cette étude a confirmé que la disponibilité en oxydant est un facteur limitant et que le phosphate est un levier puissant pour stimuler la croissance bactérienne. Une seconde étude sur site a prouvé la faisabilité de la biostimulation par injection de nitrate et de phosphate dans la nappe et son efficacité pour l'abattement des concentrations en polluants dissous. L'utilisation du radon comme traceur pour estimer la saturation en pétrole dans l'aquifère a été évaluée dans une troisième étude. La facilité de mise en oeuvre de la méthode ainsi que les résultats offrent des perspectives intéressantes pour l'optimisation des systèmes de pompage-écrémage sur des sites ayant un NAPL. Une dernière étude portant sur la mise en place des processus d'oxydoréduction et de dégradation sur site a montré une évolution rapide des conditions après l'accident, traduisant un environnement favorable à l'atténuation naturelle. La dégradation in situ du benzène a été mise en évidence via des mesures isotopiques. / On August 7, 2009 a pipeline transporting crude oil broke in the heart of the Nature Reserve of Coussouls de Crau, and 5,100 m3 of oil were spilled over 5 hectares. Oil infiltrated through the subsurface and reached the most important regional aquifer where it formed a LNAPL that created a plume of dissolved compounds. Among these compounds, benzene is of particular concern because of its toxicity and high solubility. This thesis aims at showing that biodegradation of crude oil, especially of dissolved compounds, is a good option for long-term management of risks for the water resource. A first study in microcosms demonstrated biodegradation of targeted compounds, including benzene, even under the most reducing conditions. This study also revealed that the availability of electrons acceptors was a limiting factor and that phosphate was a powerful lever to stimulate bacterial growth. An on-site study proved the feasibility of biostimulation by nitrate and phosphate injection in the aquifer and showed that biostimulation was efficient to reduce concentrations of dissolved compounds. Naturally occurring radon was used as a tracer to estimate oil saturation in the saturated zone in a third study. The ease of implementation of this method and the results offer interesting perspectives to optimize the yield of pump-and-skim systems in LNAPL-contaminated sites. The last study focused on the implementation of redox processes and degradation in the saturated zone after the spill. This study showed that processes quickly evolved and that conditions were favorable to natural attenuation. In situ benzene degradation was proven by the measurements of stable isotopes of carbon.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Notre avons étudié le rôle de la profession et des expositions professionnelles aux solvants pétroliers et chlorés dans deux études épidémiologiques sur les facteurs de risque professionnels des cancers du sein chez l'homme et chez la femme. A l’inverse du cancer du sein féminin (50000 nouveaux cas par an en France), le cancer du sein chez l’homme est un cancer rare (<500 cas par an). Il constitue cependant un modèle intéressant pour l’étude des expositions professionnelles qui sont généralement plus élevées chez l’homme que chez la femme. Chez les hommes, nos résultats suggèrent un risque de cancer augmenté chez les mécaniciens de véhicules à moteur et un rôle cancérogène des solvants tels que le benzène et le trichloréthylène. Chez les femmes, malgré des risques élevés mais non significatifs dans plusieurs professions, aucune association avec les expositions aux solvants n’était mise en évidence pour les faibles niveaux d’exposition observés. / We have investigated the role of the occupation and of occupational exposures to petroleum and chlorinated solvents using the data of two epidemiological studies on occupational risk factors of breast cancers in men and in women. Unlike female breast cancer (50,000 new cases per year inFrance), cancer of male breast cancer is a rare disease (<500 cases per year). It should be seen as an interesting model for studying the effects of occupational exposures in the disease as these exposure are generally much higher in men than in women. For men, our results suggest that the risk of cancer is increased among motor vehicle mechanics and support the hypothesis of a carcinogenic effect of solvents such as benzene and trichloroethylene in disease occurrence. In women, several occupations were at increased risk of breast cancer, but results were generally not statistically significant. No association of female breast cancer incidence with exposure to solvents was observed.

Dans une première partie, une méthode efficace et générale de préparation de pyrroles E-fluoroalkylés a été développée. Ces derniers ont été facilement obtenus en deux étapes à partir d'énones E-fluoroalkylées avec de bons rendements. L'oxydation sélective du squelette furanique des pyrroles E-fluoroalkylés, comportant un groupement 2-furyl en position 5 du cycle pyrrolique, puis leur décarboxylation, ont alors donné accès à deux nouvelles familles de synthons pyrroliques fluoroalkylés, très intéressantes pour la conception de molécules bioactives. Dans une seconde partie, deux méthodes originales de trifluorométhoxylation nucléophile, utilisant le triflate de rifluorométhyle (TFMT) ou le 2,4-dinitro(trifluorométhoxy) benzène (DNOB) en tant que générateurs de l'anion trifluorométhanolate, ont été développées. Certains trifluorométhyl éthers ainsi synthétisés ont alors été employés pour la préparation d'énaminones trifluorométhoxylées, précurseurs d'hétérocycles aromatiques trifluorométhoxylés inédits tels que des nicotinates, des pyrimidines, des pyrazoles et des isoxazoles

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’objectif de cette thèse était de développer un capteur spectrophotométrique pour quantifier le benzène, le toluène et les xylènes (BTX) en temps réel aux valeurs limites d’exposition professionnelles, c’est-à-dire 20 ppmv pour le toluène, 50 ppmv pour les xylènes et 1 ppmv pour le benzène. L’étude a été menée avec plusieurs couches sensibles, un matériau silicique massif synthétisé par le procédé sol-gel ou des films minces (moins de 5 µm) déposés sur quartz par trempage-retrait dans une suspension de nanoparticules de silice mésoporeuse ou de précurseurs permettant d’obtenir des films fins continus de silice mésoporeuse. Nous avons pu démontrer l’efficacité de la détection des BTX en temps réel. L’utilisation des films mésoporeux a permis d’atteindre une répétabilité correcte du capteur (écart type <10%). Néanmoins, ni ces films de silice, ni leur fonctionnalisation par des groupements méthyle n’ont permis de résoudre le problème posé par l’humidité. Seule l'utilisation d'un sécheur que nous avons implémenté dans le dispositif de mesure a permis la détection du toluène en présence d'humidité ambiante. Dans cette configuration, les interférences de 40 ppmv de butanone, acétone et éthanol ont également été éliminées. Finalement la conception d’une cellule multiplaques a permis d’atteindre les limites de détection de 1 ppmv à 267 nm pour le toluène, 1 ppmv à 274 nm pour le p-xylène et 5 ppmv à 252 nm pour le benzène. Enfin, cette limite de détection peut être abaissée à 1 ppmv à 190 nm pour le benzène / The objective of this thesis was to develop a spectrophotometric sensor to quantify benzene, toluene and xylenes (BTX) in real time at the level of the occupational exposure limit values, ie 20 ppmv for toluene, 50 Ppmv for xylenes and 1 ppmv for benzene. The study was carried out with several sensitive layers, a solid silicic material synthesized by the sol-gel process or thin films (less than 5 μm) deposited on quartz by dip-coating a suspension of nanoparticles or a precursor solution leading to mesoporous silica thin films. We were able to demonstrate the effectiveness of BTX detection in real time. The use of continuous mesoporous films has enabled a correct repeatability of the sensor (standard deviation <10%). Nevertheless, neither these silica films nor their functionalization by methyl groups have solved the problem posed by moisture. Only the use of a dryer that we implemented in the measuring device allowed the detection of toluene in the presence of ambient humidity. In this configuration, interference of 40 ppmv of butanone, acetone and ethanol was also eliminated. Finally, the design of a multi-plate cell allowed to reach detection limits of 1 ppmv at 267 nm for toluene, 1 ppmv at 274 nm for p-xylene and 5 ppmv at 252 nm for benzene. Finally, this limit of detection can be lowered to 1 ppmv at 190 nm for benzene

Ce sujet entre dans le cadre de l'étude d'un procédé d'oxydation avancé innovant dans le domaine de la dépollution des eaux, à savoir l'ionisation par faisceau d'électrons. Le radical hydroxyle (•OH) et l'électron hydraté (e−aq) sont les deux espèces majoritaires issues de l'ionisation de solutions aqueuses par un faisceau d'électrons d'intense énergie. Il a été démontré que la génération des radicaux supplémentaires tels que le radical sulfate (SO4•−) et le radical hydroxyle par les réactions radicalaires entre l'ion persulfate, le peroxyde d'hydrogène et l'électron hydraté respectivement, améliore l'efficacité de ce procédé pour la dégradation de polluants organiques en solution aqueuse. Dans le présent travail, la dégradation et la minéralisation de benzènesulfonate et naphthalènesulfonate de sodium, et d'acide gallique ont été obtenues par irradiation par faisceau d'électrons seul et couplé avec un oxydant (S2O8−−, H2O2). En absence d'oxydant une dose absorbée de 1,5 kGy a été suffisante pour l'élimination totale de ces composés. La présence d'oxydant permet généralement de réduire les doses d'irradiation nécessaires. Par ailleurs, l'augmentation de la concentration en oxydant ou de la dose appliquée a un effet bénéfique vis-à-vis de l'élimination du carbone organique. Cependant, le couplage S2O8−−/faisceau d'électrons est plus adapté que le couplage H2O2/faisceau d'électrons même en présence de constituants inorganiques. Les résultats obtenus soulignent l'importance du rôle du dioxygène dissous lors de l'étape de la minéralisation en vue de favoriser la formation des radicaux organiques (ROO•). Pour chaque une des molécules étudiées, des sous-produits d'oxydation... / This research belongs to the study of the ionization of aqueous solutions by electron beam (E.B.) as an advanced oxidation process for water treatment. The hydroxyl radical (•OH) and hydrated electron(eaq¯) are the two major active species produced from the ionization of aqueous solutions by high energy electron beam. It has been shown that the generation of additional radicals such as the sulphate radical (SO4•¯) and hydroxyl radical from the reaction of persulfate ion (S2O8¯) or hydrogen peroxide (H2O2) with the hydrated electron, improved the efficiency of this process towards the degradation and mineralization of organic pollutants in aquaeous solution. In the présent work, the degradation and mineralization of naphthalenesulfonate, benzenesulfonate and gallic acid were studied by electron beam irradiation alone and coupled with oxidants (S2O8¯, H2O2).In the absence of oxidant, an absorbed dose of 1,5 kGy leads to total elimnation of these pollutants. The presence of added oxidants usually reduces the radiation dose required. In addition, increasing oxidant concentration or applied dose had a beneficial effect towards the organic carbon removal. It was found that coupling E.B./S2O8¯ has more suitable than E.B./ H2O2 even in the presence of inorganic constituents. The results also highlighted the importance of dissolved oxygen in the system when mineralization is aimed. For each of the molecules studied, oxidation by-products resulting from hydroxylation and aromatic ring opening were identified.

Certaines applications (notamment dans l'aéronautique) demandent des polymères thermostables semi-cristallins avec des résistances et des températures de fonctionnement de plus en plus élevées (Tg supérieures à 170°C) tout en conservant de bonnes propriétés de mise en œuvre (Tf ne dépassant pas 350°C) aptes aux procédés industriels. Ce projet de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux polymères hautes performances de type poly(aryl éther cétone amide)s à partir d'un monomère de type EKKE aux extrémités acide carboxylique. Ainsi, trois voies de synthèse des amides par condensation ont été étudiées : entre les acides carboxyliques et les isocyanates, entre les chlorures d'acyle et les amines, et entre les acides carboxyliques et les amines par phosphorylation. La comparaison des propriétés thermiques et leurs corrélations avec les structures chimiques des poly(aryl éther cétone amide)s aromatiques et semi-aromatiques obtenus sont particulièrement détaillées. / Some demanding applications (especially in aerospace) require more and more semi-crystalline thermostable polymers with high temperature resistance and durability (Tg above 170 °C) while maintaining good processing properties (Tm not exceeding 350°C) suitable for industrial manufacturing.This work deals with the synthesis and characterization of new high performance poly(aryl ether ketone amide)s polymers from an EKKE monomer with carboxylic acid extremities. Thus, three amide condensation synthetic routes were studied: between carboxylic acids and isocyanates, between acyl chlorides and amines, and between carboxylic acids and amines by phosphorylation. The thermal properties and their correlation with the chemical structures of the obtained aromatic and semi-aromatic poly(aryl ether ketone amide)s are compared and especially detailed.

Les pompiers méditerranéens sont confrontés à des embrasements soudains de la végétation (AFF) dont les mécanismes ne sont pas encore bien compris. La végétation étant l'unique combustible, nous nous sommes penchés sur les gaz qui en proviennent. Nous avons d’abord étudié la dégradation thermique de quatre Composés Organiques Volatils biogéniques (COVb) à l'aide d'une pyrolyse flash et d'un four tubulaire. À partir de cette étude et de la littérature, nous avons choisi un mélange d'étude afin expérimenter ses propriétés de combustion. Nous avons ainsi déterminé l'Énergie Minimale d’Inflammation (EMI) et la vitesse fondamentale de flamme de mélanges d'α-pinène/benzène qui sont respectivement les principaux COV détectés dans les plantes et dans les fumées de feux de forêt. Le dernier chapitre concerne l'étude stationnaire de l'accumulation de gaz dans des vallées à partir d'une maquette de forêt 1/400ème disposée dans une soufflerie. / Mediterranean firefighters cope with powerful accelerations of forest fires (AFF) whose mechanisms are not very well understood. Vegetation is the only fuel of forest fire, then we studied the gases coming from them. First, we studied the thermal degradation of four Biogenic Volatil Organic Compounds (BVOCs) thanks to a flash pyrolysis and a tubular oven. From this study and literature, we chose a representative VOC mixture to study its combustion properties. We determined Minimal Ignition Energy (MIE) and its laminar burning speed of mixtures of α-pinene/benzene that are respectively the main VOC detected in vegetation and forest fire smoke. The last chapter experiment the steady-state gas accumulation above a 1/400 V-shaped forest model.

Il est reconnu que le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les isomères du xylène, composés organiques volatils (COVs) communément désignés BTEX, produisent des effets nocifs sur la santé humaine et sur les végétaux dépendamment de la durée et des niveaux d’exposition. Le benzène en particulier est classé cancérogène et une exposition à des concentrations supérieures à 64 g/m3 de benzène peut être fatale en 5–10 minutes. Par conséquent, la mesure en temps réel des BTEX dans l’air ambiant est essentielle pour détecter rapidement un danger associé à leur émission dans l’air et pour estimer les risques potentiels pour les êtres vivants et pour l’environnement. Dans cette thèse, une méthode d’analyse en temps réel des BTEX dans l’air ambiant a été développée et validée. La méthode est basée sur la technique d’échantillonnage direct de l’air couplée avec la spectrométrie de masse en tandem utilisant une source d’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI-MS/MS directe). La validation analytique a démontré la sensibilité (limite de détection LDM 1–2 μg/m3), la précision (coefficient de variation CV < 10%), l’exactitude (exactitude > 95%) et la sélectivité de la méthode. Des échantillons d’air ambiant provenant d’un site d’enfouissement de déchets industriels et de divers garages d’entretien automobile ont été analysés par la méthode développée. La comparaison des résultats avec ceux obtenus par la technique de chromatographie gazeuse on-line couplée avec un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) a donné des résultats similaires. La capacité de la méthode pour l’évaluation rapide des risques potentiels associés à une exposition aux BTEX a été prouvée à travers une étude de terrain avec analyse de risque pour la santé des travailleurs dans trois garages d’entretien automobile et par des expériences sous atmosphères simulées. Les concentrations mesurées dans l’air ambiant des garages étaient de 8,9–25 µg/m3 pour le benzène, 119–1156 µg/m3 pour le toluène, 9–70 µg/m3 pour l’éthylbenzène et 45–347 µg/m3 pour les xylènes. Une dose quotidienne environnementale totale entre 1,46 10-3 et 2,52 10-3 mg/kg/jour a été déterminée pour le benzène. Le risque de cancer lié à l’exposition environnementale totale au benzène estimé pour les travailleurs étudiés se situait entre 1,1 10-5 et 1,8 10-5. Une nouvelle méthode APCI-MS/MS a été également développée et validée pour l’analyse directe de l’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4) et le décaméthylcyclopentasiloxane (D5) dans l’air et les biogaz. Le D4 et le D5 sont des siloxanes cycliques volatils largement utilisés comme solvants dans les processus industriels et les produits de consommation à la place des COVs précurseurs d’ozone troposphérique tels que les BTEX. Leur présence ubiquitaire dans les échantillons d’air ambiant, due à l’utilisation massive, suscite un besoin d’études de toxicité. De telles études requièrent des analyses qualitatives et quantitatives de traces de ces composés. Par ailleurs, la présence de traces de ces substances dans un biogaz entrave son utilisation comme source d’énergie renouvelable en causant des dommages coûteux à l’équipement. L’analyse des siloxanes dans un biogaz s’avère donc essentielle pour déterminer si le biogaz nécessite une purification avant son utilisation pour la production d’énergie. La méthode développée dans cette étude possède une bonne sensibilité (LDM 4–6 μg/m3), une bonne précision (CV < 10%), une bonne exactitude (> 93%) et une grande sélectivité. Il a été également démontré qu’en utilisant cette méthode avec l’hexaméthyl-d18-disiloxane comme étalon interne, la détection et la quantification du D4 et du D5 dans des échantillons réels de biogaz peuvent être accomplies avec une meilleure sensibilité (LDM ~ 2 μg/m3), une grande précision (CV < 5%) et une grande exactitude (> 97%). Une variété d’échantillons de biogaz prélevés au site d’enfouissement sanitaire du Complexe Environnemental de Saint-Michel à Montréal a été analysée avec succès par cette nouvelle méthode. Les concentrations mesurées étaient de 131–1275 µg/m3 pour le D4 et 250–6226 µg/m3 pour le D5. Ces résultats représentent les premières données rapportées dans la littérature sur la concentration des siloxanes D4 et D5 dans les biogaz d’enfouissement en fonction de l’âge des déchets. / It is known that benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers, volatile organic compounds (VOCs) commonly called BTEX, have toxic health effects on humans and plants depending on duration and levels of exposure. Benzene in particular is classified carcinogenic, and exposure to benzene at concentrations above 64 g/m3 can be fatal within 5–10 minutes. Therefore, real-time monitoring of BTEX in ambient air is essential for the early warning detection associated with their release and in estimating the potential exposure risks to living beings and the environment. In this thesis, a real-time analysis method for BTEX in ambient air was developed and validated. The method is based on the direct-air sampling technique coupled with tandem mass spectrometry using atmospheric pressure chemical ionization (direct APCI-MS/MS). Validation of the method has shown that it is sensitive (limit of detection LOD 1–2 μg/m3), precise (relative standard deviation RSD < 10%), accurate (accuracy > 95%) and selective. Ambient air samples from an industrial waste landfill site and various automobile repair shops were analyzed by the developed method. Comparison of results with those obtained by online gas chromatography coupled with a flame ionization detector (GC-FID) technique exhibited similar results. The capacity of the method for the fast evaluation of potential risks associated with an exposure to BTEX has been demonstrated through a field study with health risk assessment for workers at three automobile repair shops and through experiments under simulated atmospheres. Concentrations measured in the ambient air of the garages were in the ranges of 8.9–25 µg/m3 for benzene, 119–1156 µg/m3 for toluene, 9–70 µg/m3 for ethylbenzene, and 45–347 µg/m3 for xylenes. A total environmental daily dose of 1.46 10-3–2.52 10-3 mg/kg/day was determined for benzene. The estimated cancer risk due to the total environmental exposure to benzene was between 1.1 10-5 and 1.8 10-5 for the workers studied. A novel APCI-MS/MS method was also developed and validated for the direct analysis of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5) in air and biogases. D4 and D5 are cyclic volatile siloxanes widely used in industrial processes and consumer products as replacement solvents for the tropospheric ozone forming VOCs, such as BTEX. Their ubiquitous presence in ambient air samples, due to the growing consumption, raises the need for toxicity studies which require qualitative and quantitative trace analysis of these compounds. Furthermore, the presence of trace amounts of these substances in a biogas hampers its use as a source of renewable energy by causing expensive damages to the equipment. Thus, siloxane analysis of the biogas is essential in determining if purification is needed before the use for energy production. The method developed in this study for these aims has good sensitivity (LOD 4–6 μg/m3), good precision (RSD < 10%), good accuracy (> 93%) and high selectivity. It was also shown that by using this method with hexamethyl-d18-disiloxane as an internal standard, detection and quantification of D4 and D5 in real biogas samples can be done with a better sensitivity (LOD ~ 2 μg/m3), high precision (RSD < 5%), and high accuracy (> 97%). Various biogas samples collected from the landfill site of the Complexe Environnemental de Saint-Michel in Montreal have been successfully analyzed by this new method. Concentrations measured were in the ranges of 131–1275 µg/m3 for D4 and 250–6226 µg/m3 for D5. These results represent the first primary-literature-reported data on siloxanes D4 and D5 contents of landfill-derived biogases as a function of the refuse age.