Quatre axes de recherche ont été étudiés dans ce doctorat afin de répondre à un objectif global: avoir une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation de lambris d'un bâtiment en bois. Le premier axe a été imaginé dans le but d'élaborer de bonnes pratiques d'utilisation des méthodes de vieillissement. Les dégradations issues de quatre expositions ont été caractérisées par des analyses de spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier (IR-FT) et colorimétrie. Une interprétation originale des modifications de couleur observées sur les échantillons a permis de formuler des recommandations sur les bonnes pratiques d’utilisation de ces méthodes. De plus, ces connaissances ont permis de choisir les expositions les plus adaptées pour répondre aux questions scientifiques élaborées dans cette thèse. Le deuxième axe de ce doctorat s'est porté sur l'étude fondamentale de la photodégradation d'un bois par l'utilisation de la spectroscopie Raman. L’étude des contributions obtenues suite à l'analyse Raman des échantillons n’a pas permis d’obtenir de nouvelles informations sur les modifications chimiques que subit le bois suite à la photodégradation. Cette technique n’a pas été retenue pour étudier la dégradation du bois. Cependant, la sensibilité de l'appareil à la fluorescence a permis d'identifier un nouveau mécanisme de dégradation de la lignine. La sensibilité des carbones α et β à la photodégradation a pu être mise en évidence ainsi que la résistance de la liaison carbone-carbone 5-5’. Le troisième axe de ce projet s'est intéressé au développement d'une méthode prenant en compte les interactions pouvant exister entre photodégradation et dégradation biologique. Une échelle visuelle a été créée afin de suivre la colonisation d’échantillons de bois protégés avec un fini semi-translucide par deux fungi. Il est apparu que la photodégradation favorise la colonisation de deux fungi à tâches noires : Aureobasidium pullulans et Epicoccum nigrum. Les analyses par spectroscopie Infrarouge n’ont pas permis de mettre en évidence les mécanismes par lesquels les fungi prennent avantage de la photodégradation pour coloniser les échantillons. La présence de bulles dans le feuil de peinture a pu être mise en évidence à l’aide d’observations microscopiques. Après photodégradation ces bulles forment des zones de faible résistance entrainant la colonisation des fungi notamment par l’utilisation de structures fongiques telles qu’un transpressorium. La photodégradation et la dégradation biologique entrainent une diminution de l’adhérence du fini. Le dernier axe de ce projet de doctorat s'est intéressé à identifier le rôle de l’agent de coalescence, de la méthode d’application et d’une étape de sablage sur les propriétés du revêtement et sur la qualité et la morphologie du film. La capacité de la peinture à dégazer, le temps de séchage et la température minimale de formation de film (TMFF) ont été reliée aux propriétés de l’agent de coalescence. La brillance ainsi que la topographie de la surface de l’échantillon ont été ramenées à la qualité du fini. L’utilisation d’un agent de coalescence hydrophobe a mené aux meilleurs résultats. Globalement, les résultats obtenus ont permis d'identifier des fragilités et la résistance d’un fini acrylique en fonction : (i) de sa formulation, (ii) de la qualité du feuil sec, (iii) et de son exposition au vieillissement. Il a été possible de répondre aux objectifs spécifiques déterminés dans ce doctorat par la réalisation des quatre axes de recherche. L'ensemble des informations obtenues a permis de mieux comprendre les mécanismes et les causes impliqués dans la perte de performance d'une protection d’un lambris de bâtiments en bois. / Four lines of research have been studied in this manuscript in order to answer at the goal of this PhD: having a better understanding of the degradation mechanisms of wood siding building. The first line was designed to provide recommendations regarding good practice for effective use of the different weathering methods. Sample degradation was characterised with FTIR and colorimetric analysis. An original interpretation of color modifications observed on samples allowed recommendations to be provided. In addition, suitable exposures were chosen for each line of research. The second line of this PhD was about a fundamental study of wood photodegradation by using a Raman spectrophotometer. Interpretation of Raman contribution did not provide new relevant information on chemical modification underwent by the wood due to the photodegradation. Thus, this technique was not used to further study the degradation of wood. However, the sensitivity of this device to fluorescence has led to the identification of a new mechanism of lignin degradation. The sensitivity of α and β carbons to photodegradation has been demonstrated as well as the strength of the 5-5 carbon-carbon bond. The third line of this project was concerned with the development of a method taking into account the interactions that may exist between photodegradation and biological degradation. A visual scale was created in order to monitor the colonisation of samples coated with a clear protection. It was found that the photodegradation promotes the colonisation by two black stain fungi: Aureobasidium pullulans and Epicoccum nigrum. Infrared analyses did not reveal the mechanisms by which fungi take advantage of photodegradation to colonize the samples. The presence of bubbles in the paint finish was demonstrated by microscopic observations. After photodegradation, these bubbles form weak points for colonization by fungi through the protective layer. The use of structures such as a transpressorium has been highlighted. Photodegradation and biological degradation leads to a decrease of coating adhesion. The last line of this doctoral project was to identify the influence of the coalescing agent, the application method and a sanding step onto the paint properties and the quality and morphology of the film. The ability of the paint to degas, the curing time and the minimal film formation temperature (MFFT) were linked with the properties of the coalescing agent. Gloss as well as topography of the coating surface were characterized in order to qualify the coating quality. The use of a hydrophobic agent showed the best results concerning the parameters studied. Overall, the results obtained throughout the PhD allowed the identification of fragilities and weaknesses of an acrylic finish based on (i) its formulation, (ii) the quality of the dry finish, (iii) and its exposure to weathering. Specific goals determined in this PhD have been addressed. The whole of the information obtained helps to better understand of the mechanisms and causes involved in the loss of performance of a wood protection of a wood siding building.

Une énorme partie du phosphore (P) soluble ajouté sous forme d’engrais chimiques et de fumiers précipite dans le sol et devient non disponible aux plantes. Par ailleurs, l’utilisation excessive des engrais chimiques n’est pas compatible avec l’agriculture moderne qui se veut durable, ni avec l’agriculture biologique. De plus, ces pratiques ont été effectuées sans tenir compte de la microflore présente au niveau de la mycorhizosphère ce qui conduit à des applications pouvant être onéreuses et néfastes. En effet, les microorganismes bénéfiques du sol, notamment les bactéries solubilisant les phosphates (BSP) et les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA), ont une influence importante sur la fertilité des sols et la productivité végétale. Une nouvelle approche basée sur le piégeage des BSP au niveau de l’hyphosphère du CMA Rhizophagus irregularis (Ri) DAOM 197198, préalablement inoculé avec des suspensions de microorganismes telluriques, a permis d’isoler des BSP compétentes capables de dissoudre efficacement le phosphate de roche (PR) d’origine ignée en milieu liquide. Les travaux ont ensuite permis de prouver l’importance du synergisme entre les hyphobactéries (Burkholderia anthina Ba8 et Rhizobium miluonense Rm3) et le mycélium extraracinaire des CMA Ri dans l’amélioration de la solubilisation des phosphates in vitro. L’étude approfondie des mécanismes qui pourraient être impliquées dans cette interaction montre que les hyphobactéries, principalement la souche B. anthina Ba8, adhèrent fortement à la surface des hyphes et aussi à celle du PR. Il est fortement probable que les interactions décrites ainsi que les caractéristiques bénéfiques aux plantes exprimées par les BSP sont responsables de l’amélioration de la croissance, de la nutrition phosphatée et du rendement en matière fraîche et sèche chez le maïs cultivé en serre, coinoculé avec les BSP et les CMA Ri et fertilisé avec le superphosphate ou le PR du Québec. / Soluble phosphorus (P) fertilizers added to soil rapidly precipitate, forming sparingly soluble phosphates, not available to plants. Furthermore, the excessive use of chemical fertilizers to compensate soil P deficiency is not considered sustainable and it leads to costly and potentially harmful applications. Many reports confirmed that beneficial soil microorganisms, including phosphate-solubilizing bacteria (PSB), have a significant influence on soil fertility and crop productivity. Indeed, PSB can also improve phosphate rock (PR) efficiency when directly applied to soil. However, most published works on PSB overlooked the possible interaction between PSB and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which are ubiquitous in cultivated plants. A new approach based on the trapping of PSB strongly attached to the hyphosphere of AMF Rhizophagus irregularis (Ri) DAOM 197198, previously inoculated with microbial soil suspensions was developed to isolate relevant PSB able to mobilize P from a low reactive igneous PR more efficiently than those directly isolated from the same rhizosphere soil samples. An in vitro study demonstrated that the synergism between hyphobacteria (Burkholderia anthina Ba8 and Rhizobium miluonense Rm3) and Ri hyphae highly improved the solubilisation of PR. Our results go beyond the existing studies and showed specific mechanisms involved on PSB-AMF interactions. Indeed, hyphobacteria, mainly B. anthina Ba8, strongly adhere to Ri hyphal surfaces and PR particles forming a structured biofilm. Under greenhouse conditions, the direct application of PSB and AMF Ri as biostimulants for sustainable corn production showed that these beneficial microorganisms improve growth and P uptake of corn fertilized with superphosphate or Quebec PR.

Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).

La séquestration du carbone dans les cannebergières ou atocatières par des opérations successives de sablage de la litière peut contribuer à fixer du carbone malgré la conversion de l'écosystème forestier d'origine en cannebergière commerciale. L'objectif de ce travail était de mesurer la cinétique de décomposition des résidus de canneberge et la capacité de séquestration du carbone dans des cannebergières de l'Est du Canada. Dans le but de comparer les agroécosystèmes de canneberge aux écosystèmes mondiaux et déterminer l'influence de la fertilisation azotée sur le taux de décomposition de la matière organique, une première expérience a été réalisée en 2017 en utilisant le Tea Bag Index (TBI) où des sacs de thés et de résidus de canneberges ont été enfouis puis récoltées 90 jours plus tard dans des parcelles expérimentales ayant reçu trois (3) traitements d'azote (30, 45, 60 kg N ha⁻¹). Une seconde expérience avec le TBI a été réalisée pendant 147 jours avec échantillonnage tri-hebdomadaire afin d'évaluer la consistance du TBI et la cinétique de la décomposition du carbone et des fractions biochimiques. Afin d'évaluer l'influence de la température et de la profondeur du sol sur les émissions de CO₂, des échantillons de sols ont été incubés à trois températures (10, 20 et 30 °C) et à trois profondeur (0-10 ; 10-20 ; 20-30 cm). Les écosystèmes de canneberge montraient un faible taux de décomposition de la matière organique comparé aux autres écosystèmes mondiaux, et caractérisés par un fort potentiel de séquestration de carbone. Les doses croissantes d'azote n'ont pas une influence importante sur le TBI. Les taux de décomposition des thés vert et rooibos déviaient de la cinétique de premier ordre, adoptant un comportement fractal attribué à une réduction de contact entre les thés et leur environnement immédiat durant l'incubation au champ. Les émissions de CO₂ augmentaient en fonction de la température et diminuaient en fonction de la profondeur du sol en raison de changements importants dans la composition biochimique de la matière organique. Malgré le faible taux d'émission de CO₂ en profondeur (10-30 cm), les couches profondes se sont montrées plus sensibles à la température et pourraient constituer un risque de taux élevé d'émission de CO₂ que la couche de surface (0-10 cm) dans un contexte de réchauffement climatique. Cette recherche démontre le fort potentiel de séquestration du carbone dans les sols de canneberge. / Carbon sequestration in cranberry soils during litter burying by sanding operations can contribute fixing carbon from the atmosphere despite conversion of the original forest ecosystem into a cranberry agroecosystem. The objective of this study was to measure the kinetics of cranberry residue decomposition and carbon sequestration capacity in cranberry soils of eastern Canada. To compare cranberry agroecosystems with terrestrial ecosystems and access the effect of nitrogen fertilization on organic matter decomposition rate, first experiment was carried out in 2017 using the Tea Bag Index (TBI) where bags of teas or cranberry residues were buried then harvested 90 days later in experimental plots that received three (3) nitrogen treatments (30, 45, 60 kg N ha⁻¹). A second experiment was carried out for 147 days with tri-weekly sampling to evaluate the consistency of TBI and the decomposition kinetics of carbon and biochemical fractions. To assess the influence of temperature and soil depth on CO₂ emissions, soil samples were incubated at different temperatures (10, 20 and 30 °C) at different depths (0-10; 10-20; 20-30 cm). Results showed that decomposition rate of cranberry agroecosystems were in the low range among terrestrial ecosystems with high carbon sequestration capacity. Nitrogen doses do not impact importantly on TBI. The decomposition rate deviated from first order kinetics showing fractal behavior due to reduced contact between the green and rooibos teas and the immediate environment during incubation in the field. The CO₂ emissions rate increased with temperature and decreased with soil depth due to changes in organic matter composition. Despite the low rate of CO₂ emissions at depth (20-30 cm), the deep layers are more sensitive to temperature than upper layers (10-20 cm) and could be a risk of high rate of CO₂ emissions in a context of global warming. This research demonstrated high potential for carbon sequestration in cranberry agroecosystems.

Les rejets de station d'épuration (STEP) sont considérés comme un vecteur majeur d'entrée des micropolluants dans les milieux aquatiques. Certains micropolluants, fortement présents dans les eaux à traiter ou trop faiblement éliminés par les filières de traitement, sont ainsi retrouvés dans les eaux usées traitées à des concentrations pouvant atteindre plusieurs centaines de ng/L. Ce travail de recherche vise à identifier et simuler les processus d'élimination de micropolluants au sein du procédé à boues activées en aération prolongée, procédé le plus couramment utilisé en France. Nous nous sommes intéressés à 53 micropolluants, dont l'élimination de la file eau par le procédé à boues activées n'est que partielle (rendement compris entre 30 et 70 % selon AMPERES). Cinq familles de substances aux propriétés physico-chimiques différentes ont ainsi été étudiées : 11 métaux, 14 composés pharmaceutiques, 19 hydrocarbures aromatiques polycycliques, 5 alkylphénols, 4 pesticides. L'objectif de la démarche expérimentale proposée a consisté à identifier et caractériser les principaux mécanismes d'élimination. Ces mécanismes ont été étudiés à deux échelles d'observation, échelle industrielle (STEP vraie grandeur) et une échelle pilote. Le suivi d'un procédé boues à activées au sein d'une STEP (2900 EH) a permis de réaliser 8 bilans matières (file eau et file globale) répartis sur une année. Nous avons ainsi mesuré les variations de concentrations des micropolluants ciblés dans les eaux usées brutes, les eaux usées traitées et les boues, ainsi que les variations de performances d'élimination suivant les conditions de fonctionnement de la STEP (température, durée de présence d'oxygène, taux de MES). Les essais à l'échelle pilote en réacteur fermé ont permis de déterminer les coefficients de sorption et les constantes cinétiques de biodégradation de ces micropolluants en conditions contrôlées. La biodégradation de ces micropolluants a été évaluée pour différentes conditions opératoires relatives aux conditions rédox (aérobie et anoxie) et à différentes conditions de substrat (absence de substrat biodégradable, présence de substrat biodégradable carboné et azoté, présence de substrat azoté seulement). Un modèle dynamique calé est proposé, décrivant le comportement des micropolluants dans les phases dissoute et particulaire. Le paramétrage est obtenu à partir des données expérimentales, à savoir les coefficients de sorption et de biodégradation déterminés en réacteur fermé et des performances d'élimination mesurées pour la STEP. / Discharges from wastewater treatment plants (WWTP) are considered as a major input of micropollutants in the aquatic environment. Some micropollutants are found in treated wastewater at concentrations of several hundred ng/L, due to their high concentration in the raw wastewater or to their low removal by WWTP. This work proposes to model the fate of micropollutants in the activated sludge with extended aeration process, most commonly used in France. We investigated 53 micropollutants, particularly those partially removed from the water line by activated sludge process (between 30 and 70% according to the AMPERES project). Five families of substances with different physicochemical properties were studied: 11 metals, 14 pharmaceutical compounds, 19 polycyclic aromatic hydrocarbons, 5 alkylphenols and 4 pesticides. The objective of the experimental strategy is to characterize the two main removal mechanisms: sorption and biodegradation. It combines a study of a process at WWTP scale and tests at laboratory scale. We have monitored an activated sludge process to achieve eight mass balances (water line and global line) for a year. We have characterized variations of concentration in raw wastewater, treated wastewater and sludge as well as variations in removal efficiency depending on operating conditions. Laboratory scale tests were used to determine sorption coefficients and kinetic biodegradation constants of micropollutants in monitored conditions. We evaluated biodegradation kinetics in different redox conditions (aerobic and anoxic) and different substrate conditions (absence of biodegradable substrate, presence of biodegradable substrate carbon and nitrogen, presence of substrate nitrogen only). The model describing the fate of dissolved and particulate phases is calibrated from sorption and biodegradation constants and removal efficiencies observed for the activated sludge process at WWTP scale.

L’atrazine, un des herbicides les plus utilisés pour contrôler le développement des plantes adventices dans les cultures, a conduit à la contamination de l’environnement. L’exposition chronique à cet herbicide a conduit à l’émergence de populations microbiennes du sol capables de dégrader l’atrazine et de l’utiliser comme une source d’azote pour leur croissance. Ces populations microbiennes sont responsables de la biodégradation accélérée (BDA) de l’atrazine, un service écosystémique contribuant à diminuer la persistance de cet herbicidedans l’environnement. L’objectif de ce travail était d’étudier les mécanismes génétiques et physiologiques responsables du fonctionnement et de l’amélioration de ce service écosystémique. Nous avons appliqué une démarche expérimentale allant des gènes codant la dégradation à des communautés microbiennes afin d’identifier les processus adaptatifs impliqués dans l’évolution de la fonction de BDA de l’atrazine.Le premier volet a consisté à évaluer l’importance de mutations accumulées dans le gène atzA dans la transformation de l’atrazine en hydroxyatrazine catalysée par AtzA. Le séquençage de gènes atzA de différents isolats bactériens dégradant l’atrazine (Pseudomonas sp. ADP WT, Pseudomonas sp. ADP Ps et différents Chelatobacter heintzii) a montré que la séquence du gène atzA était très conservée. Toutefois quatre mutations non silencieuses ont pu être identifiées (1 chez Pseudomonas sp. ADP MSE et 3 chez Chelatobacterheintzii). La modélisation de la structure de la protéine AtzA a permis de montrer que trois des mutations étaient situées dans des régions importantes (site actif, poche de liaison avec l’atrazine et liaison avec le métalFe2+. [...] Le second volet a consisté à étudier la plasticité de la voie de biodégradation de l’atrazine dans deux conditions opposées : (i) la première visait à évaluer la persistance de la capacité de dégradation en absence de pression de sélection et (ii) la seconde visait à évaluer l’évolution de la capacité de dégradation en présence d’une pression de sélection élevée. Pour conduire ces études, des manipulations d’évolution expérimentale sur Pseudomonas sp. ADP ont été menées. (i) L’exposition à l’acide cyanurique, intermédiaire métabolique de l’atrazine, a conduit à la sélection d’une population nouvellement évoluée capable de croître plus rapidement dans un milieu de culture ne contenant que l’acide cyanurique comme source d’azote. Cette population est caractérisée par une délétion d’une région de 47 kb du plasmide ADP1 contenant les gènes atzABC. Les analyses conduites ont permis de conclure que le gain de compétitivité de la population évoluée résidait dans la perte du fardeau génétique représenté par la région de 47 kb, la capacité de dégradation de l’acide cyanurique restant inchangée. (ii) L’exposition à l’atrazine a conduit à la sélection d’une populationnouvellement évoluée caractérisée par l’insertion du plasmide ADP1 en quasi-totalité sur le chromosome bactérien. [...] Le troisième volet a consisté à développer un outil permettant d’évaluer, à l’échelle d’une communauté microbienne synthétique, l’évolution du potentiel génétique dégradant. Pour ce faire quatre souches dégradantes dont une, Arthrobacter sp. TES6, isolée au cours de cette étude, ont été choisies. [...] Ces travaux montrent que la fonction de biodégradation accélérée de l’atrazine est très versatile et qu’elle est en constante évolution. Il met en évidence que le principal facteur pilotant cette évolution est le niveau d’exposition des populations dégradantes au pesticide. / Atrazine, one of the most used herbicide to control the development of weeds in crop, has led to the contamination of the environment. Repeated exposure to this herbicide resulted in the emergence of microbial populations able to degrade atrazine and to use it as a nitrogen source for its growth. These microbial populations are responsible for accelerated biodegradation of atrazine (BDA), a key ecosystemic service diminishing the persistence of this herbicide in the environment. The aim of this PhD work was to study genetic and physiological mechanisms responsible for functioning and improving of this ecosystemic service. We applied an experimental approach starting from genes to communities degrading atrazine in order to identify processes of adaptation involved in the evolution of accelerated biodegradation function.The first part of the PhD aimed at evaluating the importance of accumulation of single mutations in the atzA gene for the activity of AtzA transforming atrazine to hydroxyatrazine. Sequencing or atzA genes amplified from different atrazine-degrading isolates (Pseudomonas sp. ADP WT, Pseudomonas sp. ADP Ps and differents Chelatobacter heintzii) showed that atzA sequence was conserved. However, four non synonymous mutations were identified (1 for Pseudomonas sp. ADP Ps and 3 for Chelatobacter heintzii). Modeling of AtzA structure showed that three mutations were located in important regions (active site, interaction with atrazine and with the metal Fe2+). [...] The second part aimed at studying the plasticity of the atrazine-degrading pathway in two opposed conditions: (i) one aiming at evaluating the persistence of degrading capability in absence of selection pressure and (ii) a second one aiming at evaluating the evolution of degrading capability under high selection pressure exerted by atrazine. With these aims, experimental evolutions were carried out with Pseudomonas sp. ADP. (i) We showed that cyanuric acid exposure led to the selection of a newly-evolved population characterized by increased growing ability on culture medium containing this substance as nitrogen source. This population is characterized by the deletion of a 47 kb region containing atzABC genes from ADP1. We showed that increased fitness of newly-evolved population was due to the selective loss of the genetic burden represented by the 47 kb region, the cyanuric acid degrading ability remaining unchanged. (ii) Atrazine exposure led to the selection of population characterized by the insertion of ADP1 plasmid in the bacterial chromosome. [...] The third part aimed at developing a tool allowing monitoring the evolution of atrazine-degrading genetic potential at the scale of a synthetic microbial community. To do so four degrading strains among which, one was isolated in this study, were chosen. [...] Altogether, these results showed that the atrazine accelerated biodegradation function is highly versatile and under constant evolution. Furthermore, they highlight that the exposure to atrazine is the key parameter driving the evolution of degrading population

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants persistants très répandus dans les écosystèmes du monde entier. L’utilisation des microorganismes pour la dégradation des HAP est une méthode économique et ayant un grand potentiel. Ce travail avait pour objectif d’étudier la dissolution et la biodégradation du phénanthrène (HAP modèle) en présence de tensioactifs. Les microorganismes choisis dans ce travail sont Pseudomonas putida DSMZ 8368 et un consortium microbien Pyr01. La première partie de la thèse concerne l’étude de l’effet des tensioactifs, de la dispersion et du traitement thermique sur la solubilité et la biodégradation du phénanthrène par P. putida DSMZ 8368. Les meilleurs résultats ont été obtenus en combinant l’utilisation d’un tensioactif Brij 30 (0,5 g L-1) avec un traitement thermique préliminaire. La deuxième partie présente les résultats sur la dégradation du phénanthrène par le consortium Pyr01. La comparaison entre la biodégradation du phénanthrène par P. putida DSMZ 8368 et le consortium Pyr01 a été réalisée. Contrairement à ce qui a été observé dans le cas de la biodégradation par P. putida DSMZ 8368, la présence du Brij 30 (0,5 g L-1) a eu un effet négatif sur la biodégradation du phénanthrène par le consortium Pyr01. La troisième partie de ce travail a consisté en l’étude de la solubilisation du phénanthrène au point de trouble du Brij 30. L’effet de l’abaissement de la température jusqu’à la valeur de la température de culture de P. putida DSMZ 8368 sur la solubilisation du phénanthrène a été également étudié. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent pollutants widely represented in ecosystems all over the world. The utilization of microorganisms for degradation of PAHs is an economically effective method having a great potential. The aim of the present work was to study the dissolution and the biodegradation of phenanthrene (model PAH) in the presence of surfactants. The chosen microorganisms were Pseudomonas putida DSMZ 8368 and a microbial consortium Pyr01.The first part of the thesis concerns the study of the effect of surfactants, dispersion and a thermal treatment on solubility and biodegradation of phenanthrene by P. putida DSMZ 8368. The best results were obtained by combining the use of Brij 30 surfactant with a preliminary thermal treatment. The second part presents results on the degradation of phenanthrene by Pyr01 consortium. The comparison between the biodegradation of phenanthrene by P. putida DSMZ 8368 and by Pyr01 consortium was done. Contrary to what has been observed in the case of the biodegradation by P. putida DSMZ 8368, the presence of Brij 30 (0.5 g L-1) had a negative effect on the biodegradation of phenanthrene by Pyr01 consortium. The third part of this work consisted in the study of phenanthrene solubilisation at cloud point of Brij 30. The effect of lowering the temperature to that of the culture conditions for P. putida DSMZ 8368 on the solubilization of phenanthrene was also studied.

Les sols de cokerie sont très hétérogènes, composés de matériaux de construction et de diverses phases organiques telles que du coke, du charbon, du goudron de houille et du bitume routier, jouant un rôle majeur sur les propriétés de ces sols. Leur nature et leur état de dégradation vont influencer la mobilité des différents contaminants. Cette thèse porte sur l’étude du vieillissement d’un sol de cokerie et ses conséquences sur le devenir des polluants organiques et métalliques. Elle intègre des études réalisées à différentes échelles permettant de considérer différents degrés de complexité, par l’utilisation (i) de composés purs, de matériaux organiques isolés (charbon, goudron de houille)et de sols et (ii) de dispositifs intégrant progressivement les différents processus intervenant lors de l’atténuation naturelle : expériences d’oxydation et de biodégradation en laboratoire, dispositif simplifié permettant de suivre l’évolution naturelle de quelques grammes d’échantillon, parcelles lysimétriques du GISFI permettant un suivi à l’échelle du terrain. Deux schémas de dégradation ont été identifiés au cours des expériences en laboratoire : (i) l’oxydation conduit à un phénomène de condensation qui suggère une stabilisation du compartiment organique ; (ii) la biodégradation induit la formation de plus petites unités moléculaires et la libération de composés organiques présents dans la fraction organique insoluble. Si des tendances sont identifiées au cours des expériences d’atténuation naturelle, elles suggèrent plutôt que le processus majeur impliqué est la biodégradation. La sorption du cuivre est variable selon les constituants organiques considérés, et augmente significativement après les expériences d’altération / Coking plant soils are highly heterogeneous and are made of building materials and various organic constituents such as coke, coal, coal –tar and road asphalt. Those materials can strongly influence soil properties. Thus, the retention of the various contaminants will depend on the nature and the degradation of the soil organic constituents. This work deals with the ageing of a coking plant soil and its consequences on the fate of both organic and metallic pollutants. The multi-scale approach applied in this study allows to consider the different levels of complexity through the use of (i) pure compounds, isolated organic fraction of soils such as coal tar and coal and a soil with its mineral fraction, and (ii) experimental devices gradually integrating the processes involved in natural attenuation : laboratory oxidation and biodegradation experiments, simplified device allowing the study of few grams of samples exposed to natural attenuation, and the GISFI (French Scientific Interest Group – Industrial Wasteland) lysimeter plots allowing the study at field scale). Two major evolutions were evidenced: (i) the oxidation led to a condensation suggesting a stabilization process of the organic compartment; (ii) the biodegradation induce the formation of smaller molecular units and the release of organic compounds from the non extractable part of the organic matter. The trends identified during the natural attenuation experiments suggest that the biodegradation is the major process involved in our ageing experiments. The sorption of copper varied according to the different organic constituents that were tested but was clearly enhanced by the degradation of these constituents

La production industrielle des silicones génère des effluents aqueux contenant des siloxanes et polysiloxanes, chargés en sels à divers stades de la filière. Dans une perspective de développement durable et pour tenir compte des préoccupations grandissantes autour de l'impact environnemental des rejets industriels, des procédés d'épuration sont recherchés. L'objectif de cette étude est d'évaluer les performances de deux procédés, nanofiltration et oxydation biologique, pour le traitement des effluents aqueux polysiloxaniques. Des expériences de nanofiltration frontale ont été réalisées. Les essais préliminaires avec des solutions synthétiques, mélange d'eau et des siloxanes, ont montré une rétention quasi-totale des siloxanes dans tous les cas testés. Des expériences ont ensuite été menées avec des effluents représentatifs des effluents usines de différentes compositions pour évaluer la robustesse du procédé. Nous avons montré que la nanofiltration réduit efficacement la charge organique globale de l'effluent et réduit significativement la concentration en siloxane. La dilution provoque une diminution de l'abattement du COT et de la rétention des siloxanes mais la qualité du perméat est améliorée. L'augmentation de la salinité réduit la qualité du filtrat. Des essais de micro et ultrafiltration des mêmes effluents ont montré que seule la NF permet d'atteindre un niveau de rétention important des siloxanes. Des essais de nanofiltration tangentielle ont ensuite été réalisés afin de préparer une étude plus complète nécessaire en vue d'une éventuelle l'industrialisation du procédé. La biodégradabilité des siloxanes a été explorée par la méthode Oxitop. Aucune activité biologique provoquée par les siloxanes n'a été enregistrée lors de tests Oxitop réalisés avec des boues activées de stations d'épuration, mais aucun effets toxique ou inhibiteur n'ont été observés non plus. Un bioréacteur à membrane pilote a été alimenté pendant 5 mois au laboratoire avec une solution contenant des siloxanes pour tenter d'acclimater les boues activées aux siloxanes. Les tests Oxitop effectués avec des boues issues du pilote n'ont pas mis en évidence d'acclimatation des micro-organismes aux siloxanes. / Industrial production of silicones generates liquid streams containing siloxanes with high salinity. In a perspective of sustainable development and to consider the growing concern about the environmental impact of industrial residues, we are looking for treatment processes to remove siloxanes in wastewater. This study aims to evaluate the performance of two processes for the treatment of effluents containing siloxanes: nanofiltration and biological oxidation, Frontal nanofiltration experiments were carried out. Firstly, experiments with synthetic solutions (mix of water and siloxanes) have shown almost total siloxane retention in all conditions investigated. Then, experiments were performed with effluents of different compositions representative of industrial ones in order to evaluate the process robustness. It was concluded that nanofiltration is efficient to reduce the total organic content of the effluent and significantly reduces siloxanes concentration. Dilution of the effluent causes a decrease in TOC reduction and siloxanes retention, but the permeate quality is improved. Increasing salinity reduces the filtrate quality. Micro and ultrafiltration of identical effluents confirmed that only NF can reach a high level of siloxane retention. Tangential nanofiltration experiences were performed in order to prepare a more complete study which is necessary to anticipate industrialization of the process. Siloxanes biodegradability was explored by Oxitop method. No biological activity induced by siloxanes was recorded in Oxitop tests with activated sludge from wastewater treatment plant, but no toxic or inhibitory effects were observed. A pilot membrane bioreactor was fed in the laboratory for 6 months with a solution containing siloxanes to try to acclimate activated sludge to siloxane. Oxitop tests performed with sludge taken from the pilot did not show acclimation of microorganisms to siloxanes.

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.