Le compostage est un procédé anthropique basé sur le processus naturel de décomposition de la biomasse qui exploite l'activité enzymatique des microorganismes sous le contrôle de plusieurs facteurs environnementaux. Les résidus lignocellulosiques de par leur composition et leur faible pourcentage d'humidité sont particulièrement adaptés au compostage dans lequel ils jouent le rôle d’élément structurant. Bien que majoritairement d’origine végétale, la matière organique dirigée vers les sites de compostages est très diversifiée, tout comme les types de contaminants qu’elle peut incidemment contenir et dont l’impact sur les processus de biodégradation, et de surcroit leur rémanence dans l’environnement, reste largement à investiguer. L’objectif de cette thèse vise ainsi à faire état de l’effet de la composition de la biomasse lignocellulosique et de la présence d’un contaminant fréquent tel que le glyphosate sur le compostage. Pour ce faire, le suivi de la transformation de la matière organique végétale et de la dégradation du glyphosate, l’évolution des paramètres physicochimiques et la dynamique de recrutement des populations bactériennes ont été effectués tout au long du processus. Deux expériences menées sur le terrain visaient dans un premier temps à mesurer l’effet de l’âge d’une plante ligneuse, dans ce cas-ci le saule arbustif (Salix), et d’une période d’entreposage hivernal sur la transformation de la biomasse, et dans un deuxième temps à étudier les dynamiques de succession bactériennes impliquées dans le cycle du carbone et de l’azote lors du compostage de résidus végétaux. Les résultats obtenus ont révélé une différence dans la composition de la biomasse des tiges âgées de 2 ans et de 3 ans. Alors que les premiers contenaient plus de composés extractibles, les seconds étaient plus riches en sucres structuraux. Ces différences expliquent une hausse des températures plus forte et plus rapide dans le tas de copeaux de tiges plus jeunes. La diminution des composés extractibles, la conservation des sucres structuraux et l’augmentation de la proportion de lignine démontrent l’importance de la source de carbone soluble pour l’initiation de la décomposition du bois et la récalcitrance des éléments lignocellulosiques durant l’entreposage hivernal. La seconde expérience a mis en évidence une très grande diversité de bactéries responsables de la décomposition de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine durant la phase thermophile du compostage. Cette phase qui était le théâtre d’une activité intense comptait moins d’espèces, mais ces dernières étaient très abondantes, une tendance qui s’est inversée avec la maturation de la matière organique. La dynamique observée traduit une redondance fonctionnelle des communautés qui semblent évoluer selon la température, le taux d’oxygène et la nature du substrat disponible. Une troisième expérience menée en milieu contrôlé a ensuite démontré l’impact négligeable du glyphosate sur l’activité microbienne et l’évolution des paramètres physicochimiques lors du compostage. Le glyphosate était presque ou entièrement dégradé à l’issue du compostage et la présence du principal produit de dégradation, l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) n’a d’ailleurs même pas pu être quantifiée durant l’expérience. L’impact du glyphosate sur les communautés bactériennes était également négligeable. Seules quelques bactéries étaient différentiellement abondantes entre les deux traitements, la grande majorité étant moins abondante dans le traitement contenant du glyphosate. La richesse en espèces aux différents temps d’échantillonnage était la même entre le traitement témoin et le traitement contenant du glyphosate « pur » et l’analyse de la bêta-diversité n’a relevé aucune différence significative entre les communautés présentes dans le traitement témoin et le traitement glyphosate. Cette thèse a ainsi fait valoir l’importance de la nature initiale de la matière organique sur l’activité microbienne, le recrutement et la dynamique des communautés durant le compostage, tandis que la présence du contaminant glyphosate s’est présenté comme un facteur beaucoup moins déterminant sur les processus de décomposition et l’abondance des espèces bactériennes. Ces informations devraient non seulement permettre d’optimiser le traitement de la matière organique par compostage, mais aussi de mieux évaluer les risques potentiels associés au compostage de biomasse contaminé. / Composting is an anthropic process based on the natural decay of biomass that exploits the enzymatic activity of microorganisms under the control of several environmental factors. Due to their composition and low moisture content, lignocellulosic residues are particularly suitable for composting and serve as a structuring element, which confers them an important role in the process. Although mostly of plant origin, the organic matter (OM) directed towards composting sites is highly diversified, as are the types of contaminants it can contain. The impact of these contaminants, such as glyphosate, on the biodegradation process and their persistence in the environment remain to be investigated. The objective of this thesis is thus to report on the effect of the composition of the lignocellulosic biomass and the presence of glyphosate on the evolution of the physicochemical parameters and the recruitment of bacteria during composting, while ensuring the follow-up of the transformation of the vegetable organic matter and the degradation of glyphosate during the process. Two field studies were conducted to measure the effect of stem age and winter storage on the transformation of wood chips, and to study the dynamics of bacterial succession involved in the carbon and nitrogen cycle during the composting of plant residues. The results obtained revealed a difference in the composition of 2-year-old and 3-year-old stems from shrub willow (Salix sp.), with the younger ones containing more extractable compounds and the more mature ones richer in structural sugars. These differences were reflected in a higher and faster temperature rise in the younger chip pile. A decrease in extractives, retention of structural sugars, and an increase in the proportion of lignin demonstrate the importance of the soluble carbon source for the initiation of wood decomposition and recalcitrance of lignocellulosic elements. The second experiment revealed a very high diversity of bacteria responsible for the decomposition of cellulose, hemicelluloses and lignin during the thermophilic phase of composting. This phase, during which intense activity took place, had fewer species, but they were very abundant, a trend that reversed as the organic matter matured. The observed dynamics reflect a functional redundancy of the communities, which seems to evolve according to the temperature, oxygen level and nature of the available substrate. A third experiment conducted in a controlled environment demonstrated the negligible impact of glyphosate on microbial activity and the evolution of physicochemical parameters during composting. Glyphosate was almost or completely degraded after composting, while the main product of degradation, aminoethylphosphonic acid (AMPA), was not detected. The impact of glyphosate on bacterial communities was also negligible, while species richness at different sampling times was the same when comparing the control treatment and the treatment containing "pure" glyphosate. The beta-diversity analysis found no significant difference between the communities present in the control and glyphosate treatments, while a few bacteria were differentially abundant between the two treatments, the vast majority being less abundant in the glyphosate treatment. This thesis has thus highlighted the importance of the initial nature of the organic matter on microbial activity as well as on the recruitment and dynamics of bacterial communities during composting, while the presence of glyphosate was shown to be a weak determinant of decomposition processes and species abundance. This information should help to optimize the treatment of organic matter by composting and to better assess the potential risks associated with composting contaminated biomass.

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Le recyclage des déchets organiques est une préoccupation environnementaleimportante tant du point de vue énergétique que du point de vue du réchauffement climatique.Le compostage permet la transformation d'un déchet en produit, le compost, mais permetaussi d'augmenter le stockage du carbone dans les sols. Parmi les déchets, les boues de stationd'épuration sont un type de déchet urbain organique problématique et grandissant. La teneurélevée en matières organiques des boues peut ainsi être valorisée grâce au co-compostageavec des déchets verts. En effet, de nombreuses modifications chimiques se produisent aucours du processus de maturation d’un compost transformant les molécules simples ensubstances humiques bénéfiques aux sols. Cependant, il n'existe pas encore, à ce jour, detechniques rapides et universelles permettant de prédire la stabilité et la maturité du compost.Il est, en effet, nécessaire, pour suivre l'évolution d'un compost, de mesurer un nombreimportant de paramètres biologiques (test de respirométrie, test de germination), physiques(pH, température,…) et chimiques (potentiel d'oxydo-réduction, capacité d’échange de cations(CEC),…). Ceci n'est pas économiquement viable et rarement fait sur les plates-formes decompostage.L’objectif de cette étude a donc été d’identifier quel(s) paramètre(s) pourrai(en)t êtreutilisé(s) pour suivre aisément, sur une plate-forme de compostage, l’évolution du compostsur le terrain. Pour cela, nous avons suivi un co-compostage de boues de station d’épurationau cours du processus de maturation dans des composteurs de particuliers (sur place et enserre) et dans l’andain (sur place) afin d’observer l’effet de la taille mais aussi l’effet desconditions climatiques sur le processus de compostage. Une méthode d’extraction simple etpeu coûteuse de la matière organique extractible à l’eau (WEOM) utilisant un percolateur àeau à température ambiante est proposée. Ces extraits à l'eau ont été caractérisés par différentsparamètres, tels que le carbone organique dissous (CODWEOM) et l’azote total (NTWEOM) oules acides gras volatils (AGVWEOM) mais aussi par différentes techniques spectrométriquesd'absorption UV-Visible et de fluorescence. Pour l’absorption, des indices nous informent surl'aromaticité (SUVA254 WEOM), la taille moléculaire (E2/E3 WEOM), le poids moléculaire (E4/E6WEOM) et sur les substitutions des composés organiques (EET/EBZ WEOM) de la matièreorganique. En ce qui concerne la fluorescence, les indices d'humification HLIF, Kalbitz WEOM,Milori WEOM, Ra,c WEOM et Zsolnay WEOM ont été utilisés pour étudier les propriétés de laWEOM. De plus, à partir des matrices d'excitation-émission de fluorescence, les composantsCP/PARAFAC ont été déterminés. Au total, ce sont 23 paramètres qui ont été suivis au coursdu compostage.Les résultats permettent de discriminer les indices les plus pertinents pouvant êtreutilisés sur le terrain. Ces indices sont le SUVA254 WEOM, ainsi que les indices de Kalbitz WEOMet de Milori WEOM. La spectrométrie est une technique pertinente pour le suivi du compost surle terrain. Il n'a pas été décelé d'influence de la météorologie pour les composteursparticuliers, mais bien un effet de taille pour certains paramètres. / The recycling of organic waste is a major environmental concern both from anenergetic perspective and the global warming. The composting allows the conversion of wasteinto a product, the compost, and also the increase of carbon storage in soils. Among thedifferent wastes, sewage sludges are a problematic and increasing organic urban waste. Thehigh level of organic matter in sludges can be valorized by co-composting with green waste.Indeed, many chemical changes occur in the compost maturation process, transforming thesimple molecules in humic substances which are beneficial for soils. However, there are notyet, rapid and universal techniques which could predict the stability and the maturity ofcompost. It is necessary to measure a large number of biological (respirometric test, test ofgermination), physical (pH, temperature,…) and chemical (redox potential, cation exchangecapacity (CEC),…) parameters in order to follow the compost evolution. These measurementsare expensive and are rarely done on the composting platforms.Our objective was therefore to determine which parameter(s) could be used to easilymonitor the compost on the platform. For that, we followed a co-composting of sewagesludges during the maturation process in private compost bins (platform and greenhouse) andin swath (platform) in order to observe the size effect and the climatic condition effect on thecomposting process. An easy and little expensive extraction method of the water extractibleorganic matter (WEOM), using a percolator with water at room temperature was proposed.These water extracts were characterized by various parameters, such as dissolved organiccarbon (DOC WEOM) and total nitrogen (TN WEOM) or the content of volatile fatty acids, butalso, by various spectroscopic technics such as UV-Visible absorption and fluorescence. ForUV-Visible absorption, indices provide data on the aromaticity (SUVA254 WEOM), themolecular size (E2/E3 WEOM), the molecular weight (E4/E6 WEOM) and the substitutions oforganic compounds (EET/EBZ WEOM) of organic matter. Regarding fluorescence, humificationindexes such as HLIF, Kalbitz WEOM, Milori WEOM, Ra,c WEOM and Zsolnay WEOM were used tostudy the properties of WEOM. In addition, from the excitation-emission fluorescencematrices, CP/PARAFAC components were determined. All in all, 23 parameters werefollowed during the composting.We were thus able to distiguish the most relevant indices that can be used on theplatform. These indices are the SUVA254 WEOM and indices of Kalbitz WEOM and Milori WEOM.The spectroscopy is a relevant technique for monitoring the compost in the field. No impactof climatic conditions was revealed for the private compost bins, but a size effect for someparameters was observed.

Le compostage des déchets organiques reproduit le processus naturel de transformation dans le sol, des matières organiques fraîches, d'origine animale et végétale, en matière organique humifiée, communément appelée humus. C'est une pratique ancienne, dont on trouve des témoignages dans les lointaines civilisations romaine et même égyptienne. <br />Mais l'évolution des déchets suit étroitement celle des sociétés, et les déchets du passé qui étaient essentiellement organiques (effluents d'élevages, déchets alimentaires, résidus végétaux...) renferment aujourd'hui une gamme très hétérogène de produits (déchets verts, déchets alimentaires, effluents d'élevages et industriels, papiers, emballages plastiques et métalliques,...). Aux composts « artisanaux » destinés à un usage très local se sont ajoutés les composts industriels visant à digérer les déchets des collectivités et des industries agro-alimentaires, pour les valoriser en agriculture. Cette diversité des déchets, accentuée par la diversité des procédés de compostage conduit à une grande variabilité des composts produits.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques largement répandus dans l’environnement. Ils sont très fréquemment détectés dans les sols et sont principalement le produit d’une combustion incomplète de la matière organique. Etant toxiques et cancérigènes, de nombreuses études portant sur leur élimination des sols ont été massivement effectuées au cours des dernières années. Parmi tous les traitements disponibles pour traiter des sols contaminés par les HAP, les approches biologiques sont prometteuses car elles ont un impact limité, voire nul sur l’environnement. Cependant, leur efficacité est étroitement dépendante de nombreux facteurs difficiles à contrôler. L’objectif de cette thèse a été d’obtenir une connaissance plus précise concernant la dépollution biologique de sols contaminés par des HAP, en définissant à travers une série d‘expériences, les conditions les plus appropriées pour leur élimination principalement en termes de caractéristiques physiques et chimiques du sol, de la structure des HAP et leurs concentrations, la densité et la composition microbienne, le pH et l’humidité du sol et la disponibilité des nutriments. Les expériences réalisées dans cette thèse, sont basées sur le compostage de déchets organiques avec des sols contaminés par des HAP. L’ajout de matière organique vise à promouvoir la dégradation biologique simultanée des HAP et des déchets organiques frais en conditions contrôlées. Les résultats attendus de cette approche sont la dégradation des polluants en composés moins nocifs, en raison de la stimulation de l’activité des micro-organismes présents dans le sol ainsi que dans les déchets organiques apportés. Dans le but de comprendre l’influence des facteurs précédemment mentionnés, les expériences ont été menées sur un sol synthétique, artificiellement contaminé, ainsi que sur un sol contaminé provenant d’un site industriel identifié comme pollué par des HAP. Quatre types de déchets organiques frais ont été sélectionnés pour être ajoutés au sol artificiellement contaminé par des HAP. Les résultats ont montré que les boues activées étaient l’amendement organique le plus efficace par rapport au fumier de bufflonnes, aux déchets de cuisine et aux déchets organiques à base de légumes. Un taux d’élimination des HAP totaux supérieur à 60% a été atteint avec les boues activées. En outre, cette série d’expériences a prouvé que les conditions mésophiles étaient plus favorables que les conditions thermophiles, mais également que la teneur en azote, l’importance de la fraction soluble et les teneurs en protéines sont très importantes pour l’élimination des HAP. Sur la base de ces résultats, une série d’expériences a été menée sur un sol historiquement contaminé en apportant des quantités différentes de boues activées (ratio massique sol contaminé : boues activées variant de 1:2, 1:1 , 1:0,5 à 1:0). Contrairement aux résultats obtenus avec le sol artificiel, pour un sol naturellement contaminé, les amendements à base de boues activées n’ont pas stimulé l’élimination de HAP. Les meilleurs résultats ont été obtenu pour le sol non amendé par les boues activées (un rendement d’élimination des HAP totaux de 32% a été atteint en l’absence de boues activées, tandis qu'en présence d’un amendement à base de boues activées les meilleurs résultats ne dépassent pas 14% d’élimination des HAP totaux), cela prouve que la stimulation de micro-organismes pouvant dégrader les HAP est un facteur clé pour le succès du processus de dépollution biologique dans des conditions environnementales favorables / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are organic pollutants widely distributed in the environment and very frequently detected in soils as they are mainly produced from an incomplete combustion of organic matter at high temperature. They are toxic and even carcinogenic, therefore their removal from soils has been massively studied in the past years. Among all treatments suitable for treating soils contaminated by PAHs, biological ones are promising and challenging as they have a low or even no impact on the environment as well as their efficiency is tightly dependent on many factors not easy to control. The objective of this thesis has been to get more accurate knowledge on bioremediation of PAHs contaminated soils, by defining, through a series of experiments, the most suitable conditions for their biological remediation mainly in terms of physical and chemical soil characteristics, PAHs type and concentration, microbial density and composition, pH value, moisture content and availability of nutrients. The bioremediation experiments carried out in this thesis are based on landfarming as well as composting soil treatments and aimed at promoting the simultaneous biodegradation of PAHs and fresh organic wastes under controlled conditions. The expected result of this approach has been the conversion of organic pollutants into less harmful compounds, due to the activity of the microorganisms present in soil as well as in the organic waste added to soil. With the aim of deeply understanding the influence of the aforementioned factors on the bioremediation of PAHs contaminated soil, experiments were conducted on a synthetic soil, artificially contaminated, as well as on a real contaminated soil. In details, four different types of fresh organic waste were selected to be added to PAHs artificially contaminated synthetic soil and the results showed that centrifuged activated sewage sludge (SS) was the most effective organic amendment compared to buffalo manure (BM), food and kitchen waste (FKW) and fruit and vegetable waste (FVW). The removal efficiency of total PAHs reached with SS was actually a little higher than 60%. Furthermore, this set of experiments proved that mesophilic conditions were more performing than thermophilic conditions, as well as the content of nitrogen, soluble fraction and proteins played an important role in the PAHs removal. Based on the previous results, the next set of experiments was conducted on a real contaminated soil amended with different amounts of centrifuged activated SS (e.g. contaminated soil to SS mass ratios were 1:2, 1:1, 1:0.5 and 1:0 as wet weight basis). In contrast to results obtained with synthetic soil, in a real contaminated soil, SS amendment resulted in being not beneficial to PAHs removal. The best results were actually achieved where no SS was added (total PAHs removal efficiency of 32%, whereas with SS the best results showed a value of 14%), proving that the adaptation of microorganisms to PAHs is the key factor for the success of the bioremediation process coupled with setting favorable environmental conditions

La pérennité du compostage est cautionnée à une meilleure maîtrise de la qualité des composts ainsi que des émissions gazeuses. Ces deux critères dépendent en partie des conditions de compostage. Néanmoins, le contrôle des émissions gazeuses et des odeurs ne peut se circonscrire à une seule stratégie préventive. L'identification des composés responsables de l'odeur apparaît comme un enjeu permettant d'augmenter l'efficacité des solutions curatives. Cette thèse a eu pour double objectif d'évaluer l'influence des déterminants des procédés de compostage par aération forcée sur la qualité des composts, les émissions gazeuses et les odeurs en compostage et stockage ainsi que d'investiguer les corrélations entre composition chimique (CC) et concentration d'odeur (CO)des gaz émis. Le déchet et le structurant utilisés ont été des boues d'abattoir de porcs et des plaquettes de bois. L'influence des conditions opératoires a été évaluée en réacteur de compostage au regard des critères que sont la stabilisation, l'hygiènisation, le séchage et la conservation de l'azote. Un taux d'aération intermédiaire, un ratio structurant/déchet (S/D) >1 et une granulométrie >10mm semblent être les conditions répondant au mieux aux attentes d'un traitement par compostage. L'étude de l'influence des conditions sur les composés gazeux suspectés les plus contributrices des odeurs a conduit à une caractérisation exhaustive des émissions d'ammoniac, d'hydrogène sulfuré, des mercaptans par piégeage chimique et des COV par TD-GC-MS. L'identification des composés potentiellement contributeurs de l'odeur s'est basée sur le calcul d'unité d'odeur (UO) de chacun des composés i.e. le rapport de leur concentration chimique sur leur seuil olfactif, à leur pic d'émission. Les conditions opératoires générant le moins d'émissions sont un faible taux d'aération, un ratio S/D >1 et une granulométrie >10mm. Le potentiel des conditions opératoire à diminuer les émissions de composés odorants est toutefois limité. Les travaux venant d'être décrits ont été complétés d'une part par des mesures olfactométriques des émissions et leur corrélation à leur CC et d'autre part par la mise en œuvre de simulations de stockage en vue de comparer leurs émissions et odeurs à celles du compostage. Ces caractérisations ont montré que les pics d'odeurs en compostage sont 50 fois supérieurs à ceux du stockage. Deux types de corrélations entre la CC et la CO des gaz issus du compostage et du stockage ont été investiguées. Le premier type présume que la CO correspond à la somme des UO des composés du mélange. Le second suppose que la CO du mélange corresponde à l'UO la plus élevée (UOMAX) parmi l'ensemble des composés du mélange. Une analyse qualitative et quantitative des types de corrélations testés a indiqué qu'UOMAX est plus proche de la CO mesurée. Seuls trois composés, l'hydrogène sulfuré, le méthanethiol et la triméthylamine rendent compte des odeurs mesurées. / Compost sustainability requires a better control of its compost quality and its gaseous emissions. Both were influenced by composting conditions. Nevertheless, controlling gaseous emissions and their odour can’t be assumed by a single preventive approach. The identification of the compounds involved in odour is also a way to improve the efficiency of curatives solutions. This thesis has been the dual objectives to assess the influence of the principal process conditions for the forced aeration composting on compost quality, gaseous emissions and odours during composting and storage, as well as find out a correlation between the chemical composition (CC) and the odour concentration (OC) of the emissions. The waste and the bulking agent used were pig slaughterhouse sludge and wood chips. The influence of the composting process conditions was studied on stabilization, disinfection, drying and nitrogen conservation during composting in pilot reactors. An intermediate rate, a bulking agent/ waste (BA/W) ratio >1 and a particle size >10mm seemed to be the optimal conditions which satisfy composting treatment expectations. The study of the composting process influence on the gaseous compounds supposed as main potential odour contributors led to an gases exhaustive characterizations, including: ammonia, hydrogen sulphide and mercaptans were quantified by chemical traps while TD-GC-MS was used for VOC. Compounds were screened as main odour contributor based on the compute of their odour unit (OU) of each compounds i.e. dividing their chemical concentration by their odour threshold, at their events of peak emission. The composting process conditions which reduced the emissions were, a low aeration rate, a high BA/W ratio and a particle size > 10mm. Composting process conditions had a limited impact on reducing emissions of odorous compounds. Further works were performed for establish a more accurate odour emission evaluation. On a first hand, olfactometric measurements were carried out in order to be correlated with their CC. On a second hand, experiments were designed to simulate storage with a view to compare their emissions and their odours with that in composting. These characterizations showed that the peaks of the odour emissions were found 50 folds higher during composting than during storage. Two types of correlations were investigated between the CC and the OC of gas samples from composting and storage. The first one assumed that, the OC of gas sample was equal to the sum of the OU of every odorous compound. The second one consisted to consider the OC was equal to the highest OU (OUMAX) of the most odorant compound in the sample. Qualitative and quantitative analyses were tested for the both correlation types, indicating that OUMAX is the expression which can provide the most accurate prediction of OC. Only three main odorous compounds were identified: trimethylamine, hydrogen sulphide and methanethiol.

La valorisation des déchets par le compostage et la méthanisation est encouragée par les politiques de l'UE. Cependant, ces technologies de recyclage des déchets sont confrontées à un défi crucial en matière de libération et de contrôle des émissions de gaz odorants. En effet, la pollution par les odeurs est la principale cause d'opposition du public au traitement des déchets, ce qui a entraîné la fermeture et des poursuites en justice pour les unités de traitement des déchets. À l'heure actuelle, les inventaires des émissions d'odeurs et de produits chimiques pour appuyer les plans de gestion des odeurs et de la pollution atmosphérique font défaut, en raison de la complexité des évaluations des odeurs, impliquant généralement des analyses sensorielles et chimiques. L'objectif de cette thèse était donc de caractériser de manière détaillée les émissions de gaz et les odeurs lors du processus de compostage. À cette fin, les émissions d’odeurs et de polluants ont tout d’abord été étudiées au cours des différentes étapes opérationnelles du processus de compostage, à savoir le stockage, la phase active, le retournement et la maturation. Les résultats ont montré que la phase active et le retournement jouent un rôle essentiel dans les générations de nuisances olfactives causées principalement par les composés soufrés volatils (CSV). Des efforts supplémentaires ont ensuite été consacrés à la caractérisation des émissions de gaz au cours de la phase active de compostage de quinze déchets solides et du digestat, permettant ainsi de corroborer l’importance des CSV sur la production d’odeurs lors du compostage et de différencier l’impact des émissions de gaz sur les odeurs en fonction des matières premières des déchets. La dernière partie de ce travail de recherche a été consacrée à la corrélation des mesures sensorielles et chimiques, par le biais de méthodes de régression simple et multiple visant à faciliter et à renforcer le contrôle des odeurs dans les unités de traitement des déchets. Notamment, un modèle des moindres carrés partiels améliore la prévision de la concentration d'odeurs grâce à la composition chimique des gaz émis. / Waste valorization through composting and methanization are actively promoted by the EU policies. However, these waste recycling technologies face a crucial challenge regarding the release and control of odorous and hazardous gas emissions. Indeed, odor pollution is the principal cause for public opposition to waste processing, leading to the closure and lawsuits for waste treatment units. Currently, there is a lack of odor and chemical emissions inventories to support odor and air pollution management plans due to the complexity of odor assessments, generally involving sensory and chemical analysis. Hence, the aim of this PhD thesis was to characterize extensively the gas emissions and odors released during the composting process. To this end, the patterns of odor and pollutant emissions were first traced throughout different operational stage of composting process, namely, storage, active phase, turning and curing. The results showed that the active phase and turning played a pivotal role in odor nuisance generations which were mainly caused by volatile sulfur compounds (VSC). Then, further efforts were focused on characterizing the gas emissions released along the composting active phase of fifteen solid wastes and digestate. The results corroborated the relevance of VSC on odors production during composting and enabled to differentiate the odor impact of gas emissions as a function of the wastes’ feedstock. The last part of this research work was devoted to correlate both, sensory and chemical measurements, through univariate and multivariate regression analysis to ease and strength odor monitoring in waste treatment units. Notably, a partial least squares model improved odor concentration prediction based on the chemical composition of emitted gases.

L’utilisation massive des antibiotiques contribue à leur accumulation dans les boues des stations d’épurations. L’application directe des boues est parmi les sources de dissémination des antibiotiques et des gènes de résistance aux antibiotiques. Le compostage et la méthanisation sont parmi les bioprocédés de traitement des boues qui permettent d’éliminer ou réduire les teneurs de certains antibiotiques. Dans ce travail, une boue primaire de la STEP de Marrakech a été contaminée par trois familles d’antibiotiques (macrolides, tétracyclines, fluoroquinolones) pour conduire 4 essais de compostage à différentes doses (dont un essai témoin) et un essai deméthanisation en mode semi-continu. Les résultats du compostage ont montré que l’augmentation des concentrations d’antibiotiques retarde la dégradation de la matière organique et affecte le ratioC/N. De même, la phase thermophile est perturbée, retardée et réduite dans le temps. Pour la méthanisation, une concentration unique et réaliste a été testée. Dans ces conditions, aucun effet sur la production du biogaz ou sur la dégradation de la matière organique n’a été observé. Afin de suivre la dissipation des trois familles d’antibiotiques utilisées au cours du compostage et de la méthanisation, une approche analytique basée sur l’extraction accélérée par solvant (ASE) suivie par l’application d’une méthode des ajouts dosés avant quantification par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse en tandem (UPLC-MS/MS) a du être mise en point. Le compostage et la méthanisation permettent de réduire significativement les concentrations des molécules parents appartenant à la famille des macrolides et des tétracyclines. Par contre,l’élimination des fluoroquinolones est non-significative et ne dépasse pas 30%. Au cours du compostage, la dissipation des macrolides se fait en phase de stabilisation tandis que la phase de maturation est impliquée dans la dissipation des tétracyclines. Les concentrations encirprofloxacine (fluoroquinolone) semblent légèrement évoluer au cours du procédé probablement en raison d’une adsorption/désorption sur le co-substrat lignocellulosique utilisé. Concernant la méthanisation, l’élimination des macrolides et des tétracyclines est significative durant la stabilisation du procédé mais n’atteinds pas les rendements observés lors du compostage. Ladiminution des concentrations des molécules parents est probablement accompagnée par une biotransformation des antibiotiques sous forme de métabolites qui à ce stade ne sont pas connus.La question de la rémanence de certaines molécules comme les fluoroquinolones, interpelle quand au risque d’antibiorésistance. Ainsi, la valorisation des composts/digestats comme amendements organiques des sols dois à terme conduire à une réflexion concernant la réglementation qui inclus la présence de molécule de la classe des antibiotiques. / The intensive use of antibiotics for human purposes leads to their presence and accumulation inthe sludge produced from wastewater treatment plants. The direct application of sludge is amongthe sources of dissemination of antibiotics and antibiotics resistance genes. Composting andanaerobic digestion are some of the most used bioprocess for sludge treatment, and which allowthe removal/decrease of some antibiotics families. In this work, a primary sludge from thewastewater treatment plant of Marrakesh was spiked using 3 families of antibiotics (macrolides,tetracyclines, fluoroquinolones) to conduct (1) 4 composting experiments with variousconcentrations levels, and (2) an anaerobic digestion experiment in a semi-continuous mode.Composting results showed that the organic matter degradation was delayed and the C/N ratiowas affected by an increase of antibiotics concentrations. Likewise, the thermophilic stage wasdisturbed, the heat release was affected and the coming of the temperature maxima was delayed.In the other hand, one realistic concentration was used during the anaerobic digestion. In thiscondition, no effect was observed especially on the biogas production as well as the organicmatter degradation. To assess the fate of antibiotics during composting and anaerobic digestion,an analytical approach based on the accelerated solvent extraction followed by the standardaddition method and the UPLC-MS/MS was developed. Composting and anaerobic digestion leadto a significant removal of parent compounds belonging to the family of macrolides andtetracyclines. In contrast, the fluoroquinolones removal is not-significant and has not exceeded30%. During composting, the thermophilic stage was responsible on macrolides elimination. Incontrast, the maturation stage was more implicated on the removal of tetracyclines. Ciprofloxacin(fluoroquinolone) showed some fluctuations in concentrations. The sorption/desorption on palmrachis could probably explain the observed behavior of this molecule during composting. Duringthe anaerobic digestion, the removal of macrolides and tetracyclines was significant, within thestabilization, but still lower than the observed ones during composting. The decrease of parentcompounds of antibiotics is probably accompanied by a biotransformation of these compounds inunknown metabolites. The presence of recalcitrant compounds after the bioprocess could promotethe development of resistant bacteria including pathogens. In the future regulations, thevalorization of compost/digestate as an amendment of agricultural soil requires taking into accountthe presence of antibiotics.

Le compostage est un procédé aérobie de stabilisation de la matière organique (MO). Les transformations de la MO conduisent à des émissions gazeuses (NH3, N2O, CH4, CO2) et une perte d'azote utile pour la fertilisation. La variété des pratiques et les différences de nature des substrats modifient la vitesse de dégradation de la MO, la qualité finale du compost produit et la part d'émissions sous forme de polluants gazeux. L'optimisation du procédé nécessite la prédiction de ces transformations ou la réalisation d'essais empiriques. Cette thèse analyse les interactions entre les processus biologiques, biochimiques, physico-chimiques et thermodynamiques majeurs à l'origine de la stabilisation de la MO et des émissions gazeuses de CO2, H2O, NH3, N2O. Elle se focalise sur le compostage par aération passive en andain d'effluents d'élevage. La méthode s'appuie sur la modélisation dynamique, semi-empirique, du procédé et sur des expérimentations sur des andains de petite taille. Dans un premier temps, l'impact des interactions entre les facteurs clés du compostage, soit la biodégradabilité du carbone, la disponibilité de l'azote, l'humidité et la porosité, sur la cinétique et la stœchiométrie des émissions gazeuses est analysé à partir de données acquises en conditions contrôlées et sur une plateforme de compostage à la Réunion sur des périodes allant de 20 à 80 jours. Les facteurs ont été hiérarchisés : l'effet de la porosité couplé à l'effet de l'humidité joue le rôle majeur dans la régulation des transformations de la MO et des émissions gazeuses. Les effets de la porosité, de l'humidité et du type de structurant sur les transformations de la MO, observés en conditions commerciales, confirment les observations en conditions contrôlées. Alors que les écarts de répétabilité en conditions contrôlées sont faibles sur les températures et bilans de masse, ces écarts deviennent élevés en conditions de reproductibilité sur le terrain. Dans un deuxième temps, un modèle dynamique de compostage a été développé simulant la stabilisation du carbone et de l'azote ainsi que les émissions gazeuses de CO2, H2O, NH3 et N2O. Ce modèle est composé de quatre modules couplés. Le premier simule les cinétiques d'oxydation de la MO par une population microbienne hétérotrophe produisant du CO2 et de la chaleur. Le deuxième décrit les échanges thermiques se déroulant lors du compostage, à l'origine de l'aération passive de l'andain et des cinétiques de température interne et d'évaporation d'H2O. Le troisième module décrit le transfert d'oxygène au sein de l'andain modulé par la porosité et l'humidité. Le quatrième module simule les transformations et la stabilisation de l'azote ainsi que les cinétiques d'émissions d'NH3 et de N2O. Le système global représentant un andain de compostage en aération naturelle est considéré comme homogène en termes de composition et de caractéristiques thermiques. Lors de la phase thermophile, le facteur limitant le plus rapidement l'organisation de la MO est la disponibilité de l'azote. L'abaissement de la porosité entraîne une diminution des pertes gazeuses par l'augmentation de l'organisation de la MO. Le fractionnement initial de la MO ainsi que la teneur initiale en biomasse microbienne sont les facteurs clés pour prédire les cinétiques d'organisation du carbone et de l'azote. Les paramètres spécifiques des émissions d'NH3, d'H2O et de N2O sont initialisés en fonction de la nature du substrat et des caractéristiques physiques de l'andain. La calibration du modèle reste à améliorer, et par la suite le modèle devra être validé en condition industrielles. Les effets modélisés de la porosité, de l'humidité et du type de structurant sur les transformations de la MO permettent d'envisager l'usage du modèle pour optimiser le compostage d'effluents d'élevage.

Les actinomycètes sont des bactéries ubiquitaires et certains sont reconnus comme potentiellement pathogènes pour l’Homme, dans l’air de certains lieux de travail. C’est notamment le cas dans l’air des plates-formes de compostage où les concentrations peuvent atteindre des valeurs relativement élevées. L’exposition des salariés à ce type de bioaérosols peut être la cause de pathologies diverses (notamment des pneumopathies d’hypersensibilité). Bien que le problème soit reconnu, la bibliographie démontre un manque de connaissances à propos de l’évaluation du risque : aucune méthode globale de prélèvement et d’analyse n’est, à l’heure actuelle, standardisée pour l’étude de ces bioaérosols, si bien qu’il n’existe aucune relation dose-effets pour la plupart de ces agents ni même de valeur limite d’exposition professionnelle. Les méthodes traditionnellement utilisées ne sont pas sans inconvénient (sous-estimation de la concentration réelle notamment) et le plus souvent non-spécificiques. C’est pourquoi l’objectif de la thèse, ici décrite, est le développement et l’évaluation de la technique de biologie moléculaire qu’est la PCR temps réel pour la quantification de bactéries dans ces bioaérosols. La méthode a tout d’abord été développée et optimisée notamment par le dessin d’oligonucléotides, par la comparaison de protocoles d’extraction d’ADN et par la réalisation de gammes étalons. Elle a ensuite été comparée aux techniques plus traditionnelles, encore largement utilisées, que sont le dénombrement du bacteries cultivable par mise en culture et l’épifluorescence, à la fois sur des cultures de cellules et sur des bioaérosols expérimentaux. Ce n’est qu’après l’avoir caractérisé qu’elle a été appliquée sur des bioaérosols prélevés en conditions réelles d’exposition, sur des plates-formes de compostage.La méthode développée, basée sur une extraction d’ADN et une PCR temps réel, permet la quantification de l’ADN de Thermoactinomyces vulgaris (basée sur l’amplification du gène GyrB), de Thermobifida fusca et T. alba (gène ecf) et des streptomycètes mésophiles (ARNr 23S). La PCR permet l’obtention de résultats fortement corrélés à ceux issus du dénombrement sur milieux gélosés mais offre de réels avantages par rapport à la culture. Comme ces quantifications prennent en compte n’importe quelle forme de la bactérie (cellules végétatives et spores), la PCR dépasse les inconvénients de sous-estimation liés aux méthodes traditionnelles. La technique a un réel avantage de spécificité, elle est répétable et sensible. Les campagnes de prélèvements effectuées sur 5 plates-formes de compostage en France ont permis de mesurer les concentrations en bactéries mésophiles et thermophiles par culture et d’établir celles en Thermoactinomyces vulgaris, Thermobifida sp. et Streptomyces sp. par PCR. L’étude confirme que les activités de compostage sont génératrices de bioaérosols avec parfois des valeurs relativement élevées selon les points échantillonnés. Elle met également en exergue des informations comme la distribution granulométrique du bioaérosol ou l’adéquation entre le type de prélèvement effectué et l’analyse par PCR. Les travaux menés, du développement de la méthode qPCR appliquée au groupe des actinomycètes à son application sur des échantillons environnementaux, apportent de nombreuses données pour la quantification des actinomycètes aéroportés. Ils ont permis d’acquérir des éléments de validation concernant la méthode mise en place et ont livré les seules mesures de concentrations disponibles à l’heure actuelle, pour T. vulgaris, Thermobifida sp., et les streptomycètes mésophiles dans l’air des plates-formes de compostage / Actinomycetes are ubiquitous bacteria and some can be potentially pathogen for Humans in the air of some working areas. It’s notably the case in composting plants where bacteria concentrations can reach high values. Workers exposure to these inhalable bioaerosols can be source of various diseases (hypersensitivity pneumonitis notably). Although this problem is admitted, bibliography reveals a lack of knowledge about risk assessment: currently, none global method for bioaerosols sampling and analysis is standardized. So much that neither dose-effects relationship for most of these bacteria, nor Threshold Limit Value exists. Traditional methods, that are used, have some drawbacks (concentrations underestimation notably) and most often, aren’t specific.It’s the reason why the aim of the thesis, here described, is the development and the evaluation of the biomolecular technique of real time PCR for the quantification of bacteria in these bioaerosols. First, this method was developed and improved by oligonucleotides design, by comparison of many DNA extraction protocols and by the construction of standard ranges. Then, the method was compared to traditional widely used methods such as cultivable bacteria counting by cultures and epifluorescence microscopy, both on cells culture samples and experimental bioaerosols. After this characterization, the analytic method was applied on environmental bioaerosols sampled on real exposure conditions (composting plants).The method that we have developed, based on DNA extraction and real-time PCR, allows the quantification of Thermoactinomyces vulgaris DNA (based on gyrB gene amplification), of Thermobifida fusca and T. alba (ecf gene) and of mesophilic streptomycetes (rDNA 23S). The results obtained by PCR are strongly correlated with those obtained by counting on agar but PCR method offers more advantages than cultures. As PCR quantifies any form of the bacteria (vegetative cells and spores), the method goes over the drawbacks of traditional methods, like underestimation. The method has a real advantage of specificity, it’s also repeatable and sensitive. Sampling campaigns realized on 5 composting plants implanted in France have permitted measuring mesophilic and thermophilic bacteria concentrations by culture and establishing Thermoactinomyces vulgaris, Thermobifida sp. and Streptomyces sp. ones by PCR. The study confirms that composting activities release bioaerosols. And according to the localization of the sampling, the values could be rather high. It also underlines some informations as particles size distribution of the bioaerosol or the adequacy between sampling apparatus and PCR analysis. The works carried out, from qPCR method development for actinomycetes group to its application on environmental samples, give a lot of datas concerning airborne actinomycetes quantification. It permit to validate the developed method and give the only currently available measures for T. vulgaris, Thermobifida sp., and mesophilic streptomycetes in the air of composting plants