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Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'usage de la modélisation pour aider à opérer ou à concevoir des systèmes d'épuration est de plus en plus fréquent. Cependant, dans le cas de la biofiltration, peu de modèles accessibles existent. L'objectif de cette étude est de vérifier l'applicabilité d'un logiciel commercial à différents types de biofiltres et de simuler le comportement des composés solubles et particulaires sur une chaîne de traitement par biofiltration. La station Seine Centre du SIAAP, localisée à Paris, a été choisie. Traitant un débit moyen de 240 000 m3/j, elle met en oeuvre des biofiltres secondaires de type Biofor®, des biofiltres tertiaires nitrifiants de type Biostyr et des biofiltres dénitrifiants de type Biofor®. Une base de données de six ans, comprenant les concentrations journalières en plusieurs endroits de la station pour les principaux polluants (MeS, DCO, NFL.+, NO3", NTK), a été utilisée. Le logiciel de modélisation choisi pour cette étude est GPS-X®, couramment utilisé dans l'industrie. Ce simulateur propose un module de biofiltration complet, qui est composé de cinq sous-modèles : hydraulique, de filtration, de lavage, de réactions biologiques et de biofilm. Les paramètres du modèle ont été étudiés afin de déterminer leur influence sur la réponse en sortie, ce qui a permis de construire un diagramme de calage. Dans un premier temps, le modèle a été calé et validé pour chaque biofiltre pris séparément, en comparant les résultats obtenus aux données de terrain. Le modèle a ensuite été calé et validé pour simuler la chaîne de biofiltres en entier, en temps sec puis en temps de pluie, dans une configuration différente. Les résultats fournis par le modèle ont été analysés statistiquement. Enfin, le modèle a été utilisé pour effectuer des tests de surcharge hydraulique.

En quantité excessive, le phosphore est responsable de l’eutrophisation des plans d’eau. De ce fait, les normes de rejet du phosphore des eaux usées municipales font l’objet d’un resserrement. Des travaux ont porté sur la mise au point d’un procédé de capture passive de phosphore caractérisé par des biofiltres dotés de média actif à base de bois imprégné par l’hydroxyde de fer. L’abattement de phosphore se fait par le mécanisme de sorption qui regroupe l’adsorption, la dissolution réductive et les échanges d’ions. Le présent mémoire s’inscrit dans la continuité des travaux sus-cités. L’objectif est d’évaluer l’influence des nitrates sur la performance d’enlèvement du phosphore. Des essais en colonne ont été réalisés à partir d’une broyure activée opérée en anaérobie et par immersion sur une période de 150 jours. Les colonnes ont été alimentées durant 30 jours par une solution synthétique dopée à 5 mg P/L. Différentes concentrations de nitrates (5, 10 et 25 mg N-NO₃/L) ont ensuite été appliquées sur trois colonnes (C₂, C₃ et C₄), la colonne C₁ servant de témoin. Les résultats ont démontré que l’addition des nitrates réduit les performances d’enlèvement du phosphore des biofiltres. Le suivi du phosphore montre que la concentration en P à la sortie des biofiltres dépasse l’objectif de 0.3 mg P/L, 30 jours après l’injection des nitrates pour la colonne C₂ et 15 jours après pour les colonnes C₃ et C₄. L’ajout des nitrates augmente le potentiel d’oxydoréduction. Il en résulte une inhibition de la dissolution réductive, caractérisée par une baisse de production des ions ferreux. Une dénitrification simultanée se produit au sein des colonnes. Elle est à la fois biologique et chimique à travers l’oxydation des ions ferreux par NO₂, produit lors de la dénitrification biologique. Par ailleurs, des tests d’identification bactérienne ont mis en évidence la présence des bactéries reliées au fer, dénitrifiantes, sulfo-oxydantes, réductrices de sulfate, productrices de biofilm ainsi qu’une variété de micro-organismes hétérotrophes tels que les Pseudomonas et les bactéries entériques dans les biofiltres. / In excessive quantities, phosphorus is responsible for eutrophication of water surfaces. Thereby, phosphorus discharge standards for municipal wastewater are subject to a tightening. Researches have focused on the development of a passive phosphorus entrapment process characterized by biofilters with active wood-based media impregnated with iron hydroxide. Phosphorus removal is done by sorption which includes adsorption, reductive dissolution and exchange of ions. This MSc thesis is a continuation of the abovementioned studies. The objective is to evaluate the influence of nitrates on the phosphorus removal performance. Columns tests were performed with anaerobic activated wood-based media and immersion over a period of 150 days. Columns were fed for 30 days with a synthetic solution of 5 mg P/L. Different concentrations of nitrate (5, 10 and 25 mg N-NO₃/L) were then applied on three columns (C₂, C₃ and C₄), column C₁ serving as a control. The results demonstrate that the addition of nitrate reduces the phosphorus removal performance of biofilters. Phosphorus tracking shows that the concentration of P at the outlet of the biofilters exceeds the target of 0.3 mg P/L, 30 days after nitrate injection started for column C₂ and 15 days later for columns C₃ and C₄. Addition of nitrate increases the oxidoreduction potential. This results in an inhibition of the reductive dissolution, characterized by a decrease in the release of ferrous ions. Simultaneous denitrification occurs within the columns. It is both biological and chemical through the oxidation of ferrous ions by NO₂, produced during biological denitrification. Furthermore, bacterial identification tests have highlighted the presence of iron-related bacteria, denitrifying bacteria, sulfur oxidizing bacteria, sulfate reducing bacteria, biofilmproducing bacteria and a variety of heterotrophic microorganisms such as Pseudomonas and enteric bacteria in biofilters.

Les résidus de bois génèrent de grands volumes de lixiviat par percolation ou suite à des activités manufacturières de transformation. Ce lixiviat contient souvent de fortes concentrations de composés phénoliques qui sont des contaminants environnementaux, classés disrupteurs endocriniens dont la gestion et le traitement appropriés s'imposent pour réduire les impacts environnementaux associés. Cette thèse traite les aspects de ce défi environnemental en contribuant à déterminer les mécanismes en présence lors du procédé de traitement de ces lixiviats par biofiltration aérée. L'évaluation de l'efficacité du traitement nécessitent le développement de méthodes de détection et d'analyse rapides, précises et reproductibles pour quantifier avec précision les composés phénoliques ce qui est l'un des premiers défis rencontrés lors de l'étude. Dans un premier temps, une méthode d'analyse a été développée et validée. Des analyses par chromatographie liquide (LC) avec détection ultraviolette (UV) et préparation d'échantillons par extraction en phase solide (SPE) sur des cartouches Oasis HLB ont été réalisées et adaptées pour quantifier huit composés phénoliques prioritaires dans le lixiviat de résidus de bois. La méthode a été validée sur une solution synthétique simulant le lixiviat de bois, puis sur le lixiviat réel enrichi à 1 µg mL⁻¹. La méthode développée et validée a été appliquée pour quantifier les composés phénoliques dans le lixiviat réel. Les courbes d'étalonnage étaient linéaires pour tous les composés dans l'intervalle de 1 à 30 µg mL⁻¹, et des taux de récupération élevées variant entre 93,5 % pour le 2-chlorophénol et 112,8 % pour le 4-nitrophénol ont été obtenues. Les limites de détection variaient de 0,06 µg L⁻¹ pour le 2-chlorophénol à 0,129 µg L⁻¹ pour le phénol. La méthode proposée réduit les interférences, le bruit de fond, le temps d'analyse, la quantité de solvants organiques et est moins coûteuse par rapport aux autres méthodes. Ensuite des essais en batch ont été réalisées pour comprendre et clarifier le mécanisme de sorption des composés phénoliques dans les lixiviats des résidus de bois par la tourbe en tant que media. Les mécanismes ont été étudiés séparément par isolement de chacun et le mécanisme de sorption a été suivi dans la présente étude en inhibant le processus biologique. L'étude cinétique a montré que la capacité maximale de sorption était atteinte entre 20-24 h à 10°C, et entre 16-20 h à 20°C ; Cependant, c'est pendant les premières heures que le processus de sorption est élevé. La capacité maximale de sorption a été évaluée à 68,5 mg/kg (57,87% de la concentration initiale) pour les composés les plus polaires : 4-nitrophénol, phénol et 2-chlorophénol, et à 35,2 mg/kg de tourbe pour les composés les moins polaires tels que 2,4-diméthylphénol dans des conditions de pH 4 et à 10°C. Les méthodes biologiques sont efficaces, innovantes et économiques. En particulier, le procédé de biofiltration qui présente divers avantages par rapport aux autres technologies (CAS et MBR). Deux filtres pilotes, avec et sans activité biologique ont été conçus pour suivre en continu les mécanismes. Cette étude suppose que les trois mécanismes de volatilisation, sorption et biodégradation sont présents, confirme ces hypothèses et détermine la contribution de chaque mécanisme. Une bonne efficacité a été obtenue dans le biofiltre et 97 % et 98,2 % de l'élimination de la DCO et de la DBO ont été observées, respectivement. D'excellentes performances ont été obtenues et ont atteint 99,9 % d'élimination des concentrations initiales pour tous les composés phénoliques. / Wood residues generate large volumes of leachate through percolation or following manufacturing transformation activities. This leachate often contains high concentrations of phenolic compounds which are environmental contaminants, classified as endocrine disruptors, which must be managed and treated appropriately to reduce the associated environmental impacts. This thesis deals with aspects of this environmental challenge by helping to determine the mechanisms involved in the treatment process for these leachates by aerated biofiltration. To evaluate the treatment with accuracy, the development of rapid, precise and reproducible detection and analysis methods is required to accurately quantify phenolic compounds, which is one of the first challenges encountered during the study. First, an analysis method was developed and validated. Liquid chromatography (LC) analyzes with ultraviolet (UV) detection and solid phase extraction (SPE) sample preparation on Oasis HLB cartridges were performed and adapted to quantify eight priority phenolic compounds in wood residue leachate. The method was validated on a synthetic solution simulating wood leachate, then on real leachate enriched at 1 μg mL⁻¹. The developed and validated method was applied to quantify phenolic compounds in real leachate. Standard curves were linear for all compounds in the range of 1 to 30 μg mL⁻¹, and high recoveries ranging from 93.5% for 2-chlorophenol to 112.8% for 4- nitrophenol were obtained. Detection limits ranged from 0.06 μg L⁻¹ for 2-chlorophenol to 0.129 μg L⁻¹ for phenol. The proposed method reduces interferences, background noise, analysis time, amount of organic solvents and is less expensive compared to other methods. Then batch tests were carried out to understand and clarify the mechanism of sorption of phenolic compounds in wood residue leachate by peat as media. The mechanisms were studied separately by isolation of each and the sorption mechanism was followed in the present study by inhibiting the biological process. The kinetic study showed that the maximum sorption capacity was reached between 20-24 h at 10°C, and between 16-20 h at 20°C; However, it is during the first hours that the sorption process is high. The maximum sorption capacity was evaluated at 68.5 mg/kg (57.87% of the initial concentration) for the most polar compounds: 4-nitrophenol, phenol and 2-Chlorophenol, and at 35.2 mg/Kg peat for less polar compounds such as 2,4-dimethylphenol under conditions of pH 4 and 10°C. Biological methods are effective, innovative and economical. In particular, the biofiltration process which has various advantages over other technologies (CAS and MBR). Two pilot filters, with and without biological activity, were designed to continuously monitor the mechanisms. This study assumes that the three mechanisms of volatilization, sorption and biodegradation are present, confirms these hypotheses and determines the contribution of each mechanism. Good efficiency was achieved in the biofilter and 97% and 98.2% removal of COD and BOD were observed, respectively. Excellent performance was obtained and achieved 99.9% removal of initial concentrations for all phenolic compounds.

The performance of Biostyr media using an upflow biofilter scheme was investigated. Three separate Modes that varied the organic strength of the influent at an operating temperature of 12°C were evaluated to explore how nitrification and denitrification responded to different concentrations of biodegradable COD loadings. Effluent suspended solids and observed yield coefficients were also analyzed along with ways to determine kinetic parameters. Combinations of primary and secondary effluent were used as the influent using domestic wastewater from a primary sewer of the Blacksburg VPI Sanitation Authority, in Blacksburg, Virginia, located on the Virginia Tech Campus. Reduction of nitrification rates was observed in the aerobic reactor at biodegradable COD loadings to the aerobic biofilter of 2.2 kg/day/m³ and greater. Complete denitrification was observed in the anoxic tank at biodegradable COD loadings to the anoxic biofilter of 7.5 kg/day/m³ and greater. Above this value, denitrification was limited by the available amount of NOx-N. An optimum influent biodegradable COD loading rate of 7.5 kg/day/m³ to the anoxic biofilter and 2.2 kg/day/m³ to the aerobic biofilter was experimentally demonstrated for simultaneous nitrification and denitrification. When secondary effluent was fed to the reactors, complete nitrification was observed indicating success in terms of ammonia polishing. However, low concentrations of influent biodegradable COD limited the ability for the anoxic reactor to denitrify. Thus, it was determined that the addition of an external carbon source would need to be implemented to denitrify when using low strength secondary effluent. Effluent total suspended solids were consistently below 20 mg/L indicating that secondary clarification would not be needed for this reactor scheme. The combined observed yield was consistently around 0.2 (mg-VSS/mg-COD consumed) or less. However, the evaluation of separate anoxic and aerobic yields was inconsistent when averaging data over 5 days, because of the recycle of biomass from the aerobic reactor back to the anoxic reactor. The kinetic parameters, q'_{MAX NIT} and K’_{S NIT} were calculated by plotting nitrification rates as a function of ammonia concentration. These coefficients were calculated by using separate segments within the media under less than optimal conditions. It was determined that analyzing the whole system rather than segments would be better suited for kinetic parameter analysis. However, there was not enough collected data to achieve this. Thus, ranges identifying further influent biodegradable COD loadings were recommended for later research to better a complete kinetic parameter evaluation. / Master of Science

La thèse a porté principalement sur la mise en œuvre de procédés d'oxydation avancée permettant l'élimination de trois anti-inflammatoires non stéroïdiens, le kétoprofène, le naproxène et le piroxicam dans l'eau. Ces trois composés sont parmi les médicaments les plus utilisés, dont la présence dans les eaux naturelles présente potentiellement un risque toxicologique. En raison de la faible efficacité d'élimination des produits pharmaceutiques par les stations traditionnels de traitement des eaux usées, les scientifiques se sont mis à la recherche de technologies de traitements efficaces et respectueuses de l'environnement. Les procédés d'oxydation avancée, comme l'ozonation-biofiltration, l'électro-Fenton et l'oxydation anodique peuvent permettre d'atteindre la destruction presque complète des polluants étudiés et de ce fait ils ont suscité un intérêt grandissant au cours des deux dernières décennies. Tout d'abord, ce travail s'intéresse à l'élimination de certains produits pharmaceutiques dans des solutions synthétiques préparées dans l'eau de robinet à l'aide des procédés électro-Fenton et oxydation anodique dans une cellule électrochimique équipée d'une anode de platine ou de diamant dopé au bore et d'une cathode de feutre de carbone. Cette étude a été menée à l'échelle du laboratoire. Les vitesses d'élimination des molécules pharmaceutiques ainsi que le degré de minéralisation des solutions étudiées ont été déterminées sous différentes conditions opératoires. Pendant ce temps, les sous-produits de l'oxidation générés au cours de la minéralisation ont également été identifiés, ce qui nous a permis de proposer les voies d'oxydation possible pour chaque composé pharmaceutique en présence du radical hydroxyl •OH. Enfin, l'évolution de la toxicité au cours des traitements a été suivie en utilisant la méthode Microtox, basée sur l'inhibition de la fluorescence des bactéries Vibrio fischeri. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, les trois anti-inflammatoires non stéroïdiens ont été ajoutés dans une eau déminéralisée ou dans une eau de surface. Ces eaux ont été traitées à l'aide de différentes doses d'ozone; puis le traitement à l'ozone à été combiné à un traitement biologique par biofiltration. Un biofilm biologique déposé à la surface d'un filtre de charbon actif a été utilisé pour déterminer la biodégradabilité des sous-produits d'oxydation formés dans les eaux de surface ozonée. L'identification des intermédiaires formés lors des processus de traitement et des contrôles de toxicité bactérienne ont été menées pour évaluer la voie de dégradation des produits pharmaceutiques et des effets biologiques potentiels, respectivement / The thesis mainly focused on the implementation of advanced oxidation processes for the elimination of three non-steroidal anti-inflammatory drugs-ketoprofen, naproxen and piroxicam in waters. The three compounds are among the most used medicines, whose presence in waters poses a potential ecotoxicological risk. Due to the low pharmaceuticals removal efficiency of traditional wastwater treatement plants, worldwide concerns and calls are raised for efficient and eco-friendly technologies. Advanced oxidation processes, such as ozonation-biofiltration, electro-Fenton and anodic oxidation processes, which attracted a growing interest over the last two decades, could achieve almost complete destruction of the pollutants studied. Firstly, removal of selected pharmaceuticals from tap water was investigated by electrochemical advanced oxidation processes “electro-Fenton” and “anodic oxidation” with Pt or boron-doped diamond anode and carbon felt cathode at lab-scale. Removal rates and minieralization current efficencies under different operatioanl conditions were analysed. Meanwhile, intermediates produced during the mineralization were also identified, which helps to propose plausible oxidation pathway of each compound in presence of •OH. Finally, the evolution of the global toxicity of treated solutions was monitored using Microtox method, based on the fluorescence inhibition of Vibrio fischeri bacteria. In the second part, the three nonsteroidal anti-inflammatory molecules added in organics-free or surface water were treated under varying ozone treatment regimes with the quite well established technology ozone/biofiltration. A bench-scale biological film was employed to determine the biodegradability of chemical intermediates formed in ozonized surface water. Identification of intermediates formed during the processes and bacterial toxicity monitoring were conducted to assess the pharmaceuticals degradation pathway and potential biological effects, respectively

En France, 13 millions de personnes sont concernées par l’assainissement non collectif (ANC). Un système d’ANC est composé d’un prétraitement, en général une fosse toutes eaux, suivi d’un système de traitement. Les récentes évolutions réglementaires ouvrent un éventail de possibilités quant aux systèmes de traitement possibles pour traiter les eaux usées. L’objectif de ce travail de thèse est de développer un système de traitement des eaux usées à partir de biomasse végétale issue de déchets de l’agriculture. Un suivi analytique de six habitations individuelles a permis l’étude des caractéristiques des eaux usées avant et après leur entrée dans le système de prétraitement. Ces eaux sont caractérisées par une grande variabilité d’une famille à une autre ainsi qu’au sein d’une même habitation. La charge organique par habitant à traiter est en moyenne de 60 gDBO5.j-1 pour un volume d’eau rejeté de 90 L.j-1, soit des effluents deux fois plus concentrés que ce qu’indique la réglementation. Le dimensionnement et le suivi d’un pilote à l’échelle laboratoire ont permis d’évaluer la potentialité de plusieurs milieux végétaux pour le traitement des eaux usées prétraitées. Ils sont comparés à un milieu de référence ayant une efficacité prouvée en traitement des eaux. L’étude des performances épuratoires, pour deux charges volumiques différentes, des différents milieux a été réalisée sur quarante semaines. Cette étude a permis l’élaboration et la mise en place d’un pilote in situ à l’échelle de la maison individuelle. La démarche de l’analyse de cycle de vie a été appliquée au pilote in situ dans le but d’optimiser le procédé mis en place. De plus, l’ACV a permis d’effectuer une comparaison avec différents procédés existants. / In France, 13 million people are concerned by on-site wastewater treatment (OSWWT). An OSWWT system consists of pretreatment, usually a septic tank, followed by a treatment system. Recent regulatory developments open up a range of possibilities as to possible treatment systems for wastewater treatment. The objective of this thesis is to develop a system of wastewater treatment based on plant biomass from waste of agriculture. Analytical monitoring of six individual houses allowed the study of the characteristics of the wastewater before and after their entry into the pretreatment system. Waters are characterized by a wide variability from one family to another and from the same house. The organic load per person is treating an average of 60 gDBO5.j-1 for a volume of water discharged 90 L.j-1, that to say effluent two times more concentrated than indicated by the regulations. The design and monitoring of a pilot scale laboratory were used to evaluate the potential of several plant biomass for the treatment of pretreated wastewater. They are compared to a reference medium with proven effectiveness in water treatment. The study of treatment performance for two different volume loads of different backgrounds was performed during forty weeks. This study resulted in the development and implementation of a pilot in situ for single house. The approach of life cycle analysis has been applied to in situ pilot in order to optimize the process in place. In addition, LCA has to make a comparison with different existing OSWWT.

Les émissions odorantes constituent un enjeu environnemental dont l'importance n'a cessé de croître dans les zones urbaines et industrielles. Les émissions anthropogéniques de composés soufrés contribuent à une concentration locale excédant fortement le seuil de perception. Afin de satisfaire des contraintes règlementaires de plus en plus strictes, les procédés biologiques dont la biofiltration sont une alternative intéressante car respectueuse de l'environnement et de moindre coût. Les seuils de perception des composés soufrés, très bas (µg. m-3), obligent à atteindre des efficacités d'abattement particulièrement élevées, le résiduel de concentration pouvant être à l'origine d'un impact notable sur les populations riveraines. L'étude a donc consisté à améliorer les performances des biofiltres concernant l'élimination des composés soufrés i) en ajustant certains paramètres opératoires clefs tels que le sens de circulation de l'effluent gazeux, le pH et l'ensemencement du matériau support, ii) en considérant le dimensionnement des biofiltres mis en œuvre (unités pilotes de laboratoire et semi-industrielles) et iii) la complexité du gaz à traiter (mono-polluant et mélange de composés à traiter). / Odorous emissions are a serious concern whose importance became higher in urban and industrial areas. Anthropogenic emissions of sulphur compounds lead to local concentration that exceeds strongly the odour threshold of human nose. In order to fulfil legal requirements that have become stricter in recent years, biological processes and biofiltration more accurately are an interesting alternative as biofilters provide an expanding variety of opportunities for economical and environmentally friendly solutions for many waste gas emissions. The odour thresholds of sulphur compounds are very low (µg.m3 air) and then require that biofilters provide high removal efficiency as the residual concentration can induce an odorous impact on neighbourhood populations.Hence, the study consisted in improving biofilters performances concerning sulphur compounds treatment i) by upgrading important operating parameters such as air flow distribution, pH and inoculation of packing material, ii) by considering biofilters design (laboratory and semi-industrial pilot units) and iii) the gaseous effluent complexity (only one pollutant and mixture of different compounds).

En ville, les parcs de stationnement couverts représentent un milieu confiné dans lequel s'accumule une pollution importante et complexe. Ils constituent également une source de pollution pour leurs abords puisqu'aucune obligation de traitement n'est imposée sur la qualité de l'air rejeté dans l'atmosphère par les systèmes de ventilation. Dans le cadre du traitement de l'air, l'utilisation d'un biofiltre végétalisé, faisant intervenir des bactéries et des plantes en association, constitue une solution innovante contribuant à l'amélioration de la qualité de l'air en ville en réduisant la dispersion de polluants gazeux dans l'atmosphère. Dans un contexte de « recherche et développement », l'objectif est de comprendre le fonctionnement biologique et physico-chimique du biofiltre dans le but d'en améliorer la maitrise opérationnelle. Le caractère innovant de l'étude porte sur le traitement d'importants volumes d'air viciés contenant de faibles concentrations de polluants, tels que les NOx et les COV (de l'ordre de 100 à 200 µg/m3), par un biofiltre planté d'épaisseur modeste. L'utilisation d'une unité pilote de biofiltration a permis d'évaluer l'influence de la présence de plante, ainsi que la nécessité d'un apport d'engrais, sur les capacités d'épuration d'un tel système. Afin d'optimiser les volumes d'air traités tout en limitant l'empreinte au sol des biofiltres végétalisés, la vitesse de passage de l'air a été augmentée et l'épaisseur de garnissage réduite. Le rôle des bactéries indigènes a été caractérisé par une étude fonctionnelle des communautés bactériennes impliquées dans la dégradation des NOx et des TEX d'une part, et par une étude quantitative et qualitative de la communauté bactérienne totale, en utilisant des approches de biologie moléculaire, telles que l'amplification par PCR en temps réel et le pyroséquençage à partir de l'ADN métagénomique / In town, underground car parks are confined spaces in witch large and complex pollution are accumulated. They are also a source of contamination of the external environment since the treatment of the air pumped out by ventilation system sis not regulated. In the framework of air treatment, using planted biofilter, combining bacteria and plants, is an innovative solution contributing to the improvement of urban air quality by reducing the dispersion of gaseous pollutants in the atmosphere. In a « research and development » context, the objective is to understand the biological and physico-chemical operation for improving operational control. This innovative study focuses on the treatment of high volumes of air containing a low concentrations of pollutants, such as NOx, VOCs (about 100 à 200 µg.m-3) through a thin planted biofilter. The use of a pilot-scale unit of biofiltration allowed to evaluate the influence of the plant, as well as the necessity of a fertilization, on the removal efficiency of such a system. In order to maximize the volumes of treated air while limiting the footprint of the planted biofilters, the superficial gas velocity has been increased and the thickness of the packing material decreased. The indigenous bacteria have been characterized by a functional study of the bacterial communities involved in the degradation of NOx and TEX on one part, and by a quantitative and qualitative study of the total bacterial community on the other part, by using molecular biology approaches, such a real-time PCR amplification, and pyrosequencing from metagenomic DNA. Results on pilot-scale unit have shown a removal efficiency greater than 97%, in all environmental conditions tested. Consequently, it seems possible to treat high volumes of air containing low concentrations of TEX through a thin planted biofilter. The presence of plants does not seem to have short-term impacts on the removal efficiency when a fertilizer promotes the nitrogen availability in the packing material. The evaluation of the global microbiological functioning showed the potential of microbial communities in the biodegradation of NOx and TEX in planted biofilters. The indigenous bacterial communities of the packing material and the mound of soil are rapidly able to adapt to the functioning conditions of such a system

The main goal of this work has been that of optimizing the operating conditions of a biofilter, intended for the control of methane, an important greenhouse gas widely emitted by older or smaller landfill installations.The specific objectives were: (1) to select a suitable packing material (of organic or inorganic type); (2) to optimize the concentrations of input nutrients, mainly consisting of nitrogen, phosphorus, potassium and copper, which are intended to be introduced via the nutrient solution; (3) to determine the optimized values of the most important design parameters, such as the methane inlet load (which depends on the air flow rate and the inlet methane concentration); and (4) to model the biofilter performance. Firstly, the comparison of the two packing materials, one of organic type, and the other of inorganic type, has revealed that the latter was the more appropriate material for the methane biofiltration. Then, through the use of the selected packing material, the influence of each individual nutrient on the efficiency of the process has been investigated.The results obtained have shown that both nitrogen and phosphorus concentrations have to be controlled, while potassium and copper were revealed as being nutrients of only minor importance. Secondly, the optimization of the inlet gas flow rate and of the inlet methane concentration (and consequently, of the methane inlet load also), has been performed. According to the results of the studies, these parameters require good control during methane biofiltration because a limitation in biofilter performance could otherwise be induced. In addition, it was noted that the increase in the inlet gas flow rate led generally to a greater decrease of the methane conversion than the one induced by the inlet methane concentration. Finally, a new method, based on the use of solid extracts sampled from the methane biofilter, has been applied to the determination of methane biofilter kinetic parameters. Following this study, a steady state model of the methane biofiltration, taking into consideration the important operational parameters, as identified previously, has been developed. One particular feature of this model is that it takes into consideration the influence of the biofilter average temperature.The prediction results, obtained with the use of the model, have been successfully compared with the experimental results.