L’approche socio-spatiale de la réhabilitation des sites industriels pollués s’appuie sur deux supports d’analyse : les composantes environnementales et le cadre exécutif. Cette étude qui porte essentiellement sur la France a permis de faire ressortir les manquements majeurs d’une opération de réhabilitation de site, généralement réduite à la prise en compte de deux facteurs : les coûts et les techniques de dépollution. Cette approche souligne qu’il existe une autre dimension de la réhabilitation des sites qu’il faut considérer. Il s’agit de l’envisager depuis la dépollution jusqu’à la réutilisation du site. Elle nous a conduits à partir du site Total de Vendin-Le-Vieil et d’autres sites pris en exemple d’exposer quelques orientations directrices, qui canaliseraient la réutilisation utile et durable d’un site à partir de son environnemental immédiat et du contexte exécutif en vigueur. Ces orientations ont débouché sur l’élaboration d’un schéma modèle testé sur les bourbiers de torchage de l’Ile Mandji au Gabon (Afrique Centrale). L’objectif à terme étant d’envisager la conception d’un Système Socio-spatial de Management des Sites et Sols Pollués. / The socio-space approach of the rehabilitation of the polluted industrial sites is based on two supports of analysis: environmental components and the executive framework. This study, which relates primarily to France, made it possible to emphasize the major failures of an operation of rehabilitation of site, generally reduced to two factors: costs and techniques of depollution. This approach stresses that there is a dimension of the rehabilitation of the sites, which should be considered. It is a question of considering it, since depollution until the reuse of a site. It led starting from the Total site of Vendin-le-Vieil and other sites taken in example to expose some direct orientations, which would channel the useful and durable reuse of a site from its environmental immediate and of the executive context into force. These orientations led to the development of a model diagram tested on the boubiers of flaring of l’Ile Mandji in Gabon (Central Africa). The objective in the long term is to consider the design of a Socio-space System of Management of the Sites and Sols Polluted.

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en oeuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. Différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

Ce mémoire porte sur la synthèse de matériaux composites nanostructurés à base de polyoxométallates pour la conversion de l'énergie et des applications à des problèmes environnementaux. Pour atteindre ces objectifs, de nombreux composés nouveaux de cette famille d'oxydes moléculaires ont été synthétisés puis ont été associés à différentes matrices éco-compatibles dans le respect des principaux critères de la Chimie Verte. Les principales techniques d'étude sont l'électrochimie, la photochimie et la spectroscopie UV-visible. Dans le domaine de l'énergie, les catalyseurs obtenus se sont révélés très efficaces dans des réactions très importantes mais difficiles à réaliser, comme la production de l'hydrogène, la réduction de l'oxygène et l'oxydation de l'eau. De même, parmi les applications aux problèmes de dépollution, ces nanomatériaux ont montré une forte activité électrocatalytique et photocatalytique pour la réduction des oxydes d'azote, des bromates et la photodégradation d'un colorant textile toxique, l'Acide Orange 7. Les performances de ces nouveaux catalyseurs sont comparables à celles des meilleurs systèmes connus.

L'objectif de ces travaux est l'élaboration de nouveaux matériaux pour la dépollution des sols. Le principe repose sur l'encapsulation de microorganismes ayant des capacités de bioremédiation dans une matrice hybride et macroporeuse. La matrice employée doit à la fois être compatible avec les microorganismes encapsulés et adaptée à l'application visée en termes de structure et de stabilité dans les sols. Le choix des composants employés, mais également les méthodes de mise en forme utilisées ont une influence significative sur ces deux aspects. Les microorganismes choisis (les bactéries Pseudomonas aeruginosa et Shewanella oneidensis) ont été immobilisés dans une matrice hybride, composée de biopolymère (pectine ou alginate) et de silice. La méthode du freeze-casting a été employée simultanément comme méthode d'encapsulation et comme procédé de mise en forme pour l'obtention d'une structure à porosité orientée. La chimie du sol-gel a été utilisée pour recouvrir cette structure par une couche de silice, tout en assurant la survie des organismes encapsulés grâce à des conditions de synthèse douces. Ce travail de thèse a dans un premier temps permis l'identification de paramètres clés à la fois pour la survie des microorganismes et la structure de la matrice. L'influence de la vitesse de congélation et la composition de la matrice (type de biopolymère, présence d'additifs ¿) ont notamment été étudiés afin d'optimiser le taux de survie des bactéries lors de l'encapsulation. Le comportement de ces matériaux a par la suite été évalué dans un sol de référence, tant du point de vue du vieillissement de la matrice que de l'efficacité en termes de dépollution du sol. / The goal of this work is the elaboration of new materials for soil depollution. The principle consists in the encapsulation of microorganisms with bioremediation capabilities in a hybrid porous matrix. Such matrix must be both compatible with the survival of the encapsulated organisms and suitable for the targeted application in terms of structure and in-soil stability. The choice of the components, as well as the processing techniques have a significant influence on these two aspects. The chosen microorganisms (the bacteria Pseudomonas aeruginosa and Shewanella oneidensis) were immobilized within a hybrid matrix, composed of biopolymer (pectin or alginate) as the organic moiety and silica as the inorganic moiety. The freeze-casting technique was used both as a way to encapsulate the microorganisms and to shape the biopolymer into a structure with an oriented porosity. Sol-gel chemistry was used to coat this structure with a silice layer, while ensuring survival of the encapsulated organisms thanks to mild synthetic conditions. This work allowed for the identification of key parameters both regarding the survival of microorganisms toward encapsulation and the final structure of the matrix. The influence of the freezing rate and of the composition of the matrix (type of biopolymer, presence of additives …) have in particular been investigated as a way to optimize bacterial survival rates upon encapsulation. The behavior of the materials was then assessed in a reference soil, from the point of view of the ageing of the matrix, but also regarding the efficiency of the device for soil depollution.

La protection de l'environnement est devenue un enjeu majeur. La photocatalyse hétérogène, technique photochimique d'oxydation avancée, présente l'avantage d'oxyder de très nombreux contaminants de l'eau. Le catalyseur le plus utilisé est le dioxyde de titane (TiO2) pour des raisons d'efficacité, stabilité et de faible coût de production. Notre objectif dans cette thèse est de mieux maîtriser les propriétés de surface des photocatalyseurs à partir de deux nouveaux concepts. Le premier est basé sur le contrôle du caractère hydrophile ou hydrophobe de la surface. Le second consiste à utiliser de l'argile comme support du catalyseur ou sous forme de matériau composite. Une première manière de contrôler la surface consiste à la modifier par greffage de différentes molécules organiques de type organosilanes telles que l'hexadecyltrichlorosilane (HTS, hydrophobe) et le N-(6-aminohexyl)-aminopropyl-triméthoxysilane (AHAPS, hydrophile). Une autre manière de contrôler la surface de titane consiste à l'immobiliser sur un support. Le support choisi est l'argile en raison de leur grand pouvoir d'adsorption et de rétention des polluants. La préparation du système s'effectuait en deux voies : la copréciptation et le sol gel. A la fin de chaque partie des tests photocatalytiques ont été faite pour évaluer l'efficacité du système préparé / Protecting the environment has become a major issue. The heterogeneous photocatalysis , photochemical advanced oxidation technology has the advantage of oxidizing many contaminants from water . The most commonly used catalyst is titanium dioxide (TiO2) for reasons of efficiency, stability and low cost of production. Our goal in this thesis is to better control the surface properties of the photocatalysts from two new concepts. The first is based on the control of the hydrophilic or hydrophobic character of the surface. The second is the use of clay as catalyst support or as a composite material. A first way is to control the surface to modify the graft of different organic molecules such as organosilanes such hexadecyltrichlorosilane ( HTS , hydrophobic ) and N- (6- aminohexyl ) aminopropyl - trimethoxysilane ( AHAPS , hydrophilic ) . Another way of controlling the surface of the titanium is immobilized on a support. The selected material is clay because of their large adsorption capacity and retention of pollutants. System preparation was carried out in two methods: the copreciptation and sol/gel. At the end of each part, a the photocatalytic tests were conducted to evaluate the effectiveness of the system developed

Des matériaux verts biodégradables à base de Montmorillonite et de cystéine ont été préparés dans le but de co-adsorber des cations de métaux lourds et des polluants émergeants en combinant l’expérience et la théorie (calculs DFT). Les analyses thermiques différentielles ont permis d’estimer le pourcentage d’eau et de matière organique, informations indispensables permettant de lancer les calculs théoriques. La première étape a consisté en l’adsorption des cations de métaux lourds tels que Pb2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ et Hg2+ par le composite montmorillonite-cystéine et leurs caractérisations physico-chimiques. La deuxième étape a consisté à co-adsorber le sulfadiazine dans le composite montmorillonite-cystéine-cation de métal lourd. La spectroscopie de résonance magnétique du 13C nous a permis d’identifier les composites où une réaction de complexation s’est produite : En effet des décalages importants dans le déplacement chimique sont observés dans ce dernier cas. Parallèlement à cette partie expérimentale, la modélisation moléculaire nous a permis de calculer les énergies des différents complexes formés. Nous avons ainsi pu estimer le complexe le plus stable à partir des énergies obtenues. Un bon accord entre les résultats expérimentaux et théoriques a été obtenu. Des études de relargage à force ionique contrôlée ont été effectuées. Les résultats ont montré une bonne rétention des divers polluants en présence de cystéine. / Layered silicates like smectites are important soil components. Many works have been devoted to functionalize these materials in order to increase their chelating properties which may help retain heavy metals. It is well known that Cd2+, Hg2+, Pb2+, Co2+ and Zn2+ forms stable complexes with sulfur-containing organic ligands like cysteine. The first step of this work was the preparation of cysteine-montmorillonite composite through procedures that are well mastered. The second step was the study of the capacity of these composite materials to adsorb heavy metal cations. The chemical data demonstrates that the amount of cysteine detected on montmorillonite increases rapidly during the first few hours to attain a plateau after 24h. A comparison between the chelating properties of the resulting hybrid inorganic-organic materials and the pure montmorillonite was carried out for the following heavy metal cations Cd2+, Hg2+, Pb2+, Co2+ and Zn2+. It appears that the adsorption capacity of both materials is comparable. However, in release experiments, the heavy metal cations are more strongly retained by the hybrid material. Thermogravimetric analysis shows a special behavior with mercury and copper cations. Interactions between the hybrid clay mineral and the inorganic hosts were studied by spectroscopic methods such as solid-state NMR and FTIR. The experimental data were interpreted and supported by the use of theoretical periodic DFT calculations. Experiments with co-adsorption of heavy metal cations and emergent pollutants were also conducted. Interactions between the pollutants and the composite were highlighted by spectroscopic techniques.

Le sol est une interface complexe entre tous les compartiments de l'environnement. Leur pollution participe à la diffusion de nombreux polluants. Les polychlorobiphényles sont des molécules toxiques persistantes dans l'environnement. Largement utilisés notamment dans les huiles diélectriques, ils contaminent aujourd'hui de nombreux sols industriels. Le traitement thermique de ces sols est très onéreux et peut entraîner l'émission de dioxines. L'objectif de ce travail est d'étudier un procédé de traitement biologique pour la dégradation des PCB dans les sols. Une dégradation biologique de PCB a été observée en présence de deux organismes cultivés, Burkholderia xenovorans et Phanerochaete chrysosporium, confirmant leur potentiel technologique en condition aérobie. En condition anaérobie, une communauté microbienne présentant la capacité de dégrader les PCB a été développé. Une étude de la diversité du gène ADNr 16S au sein de cette communauté a permis d'identifier les espèces présentes dans cette communauté. Une analyse de cycle de vie évalue les performances environnementales de deux procédés de traitement de sols contaminés par des PCB, l'un thermique, l'autre biologique. Cette analyse permet de quantifier l’avantage environnemental du procédé biologique sur son concurrent thermique. / Soil is a complex interface between all compartments of the environment. Their pollution contributes to the spread of many pollutants. PCBs are persistent toxic compounds in the environment. Widely used especially in dielectric oils, they now contaminate many industrial floors. Heat treatment of these soils is very expensive and can cause the emission of dioxins. The objective of this work is to study a biological treatment process for the degradation of PCBs in soils. Biological degradation of PCBs has been observed in the presence of two cultured organisms, Burkholderia xenovorans and Phanerochaete chrysosporium, confirming their technological potential under aerobic conditions. Under anaerobic conditions, a microbial community with the ability to degrade PCBs was developed. A study of the diversity of 16S rDNA gene within this community has identified the species in this community. An analysis of life cycle assess the environmental performance of two methods for treating soils contaminated with PCBs, one thermal and one biological. This analysis quantifies the environmental benefit of the biological process compared with the heat treatment

La séparation magnétique est utilisée dans le domaine de la purification de l’eau. Des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées ou nues sont en charge de capter un polluant ciblé puis sont enlevées de l’eau par l’application d’un champ magnétique. Nous avons montré que l’utilisation d’un ferrofluide aqueux classique constitué de nanoparticules d’oxyde de fer recouvertes par une double couche de surfactant d’acide oléique permet une adsorption efficace des cations métalliques (ion nickel Ni2+) puis leur enlèvement en utilisant des microparticules magnétiques. Nous avons montré que des interactions magnétiques suffisamment fortes entre les nanoparticules induisent une transition de phase colloïdale. Il existe trois régimes de captage qui dépendent de deux paramètres, le premier paramètre est lié à l’intensité du champ magnétique et le second est la concentration en nanoparticules. En présence de l’écoulement de la suspension des nanoparticules, le captage des nanoparticules est toujours régi par la concentration en nanoparticules et également par le nombre de Mason. Nous avons mené une expérience de captage des nanoparticules par un milieu poreux. L’efficacité de filtration est liée à la compétition entre les forces hydrodynamiques et magnétiques ainsi que de la séparation de phase au sein de la suspension. Les théories développées lors de ce travail sont en accord raisonnable avec les résultats expérimentaux et montrent l’augmentation de l’efficacité de captage des nanoparticules avec l’augmentation de l’intensité du champ magnétique et de la concentration en nanoparticules ainsi que la diminution de l’efficacité de captage avec l’augmentation du nombre de Mason. / Magnetic separation is used in the domain of water purification. In these systems, functionalized or bare magnetic nanoparticles are used to capture a target pollutant then they are extracted from water by an applied magnetic field. We have shown that a classical aqueous ferrofluid composed by iron oxide nanoparticles covered with an oleic acid double layer allows efficient adsorption of metallic cations (nickel ion Ni2+) followed by nanoparticle extraction with the help of magnetic microparticles. We have shown that strong enough magnetic interactions between nanoparticles can induce a colloidal phase transition. There exists three capture regimes which depend on two parameters, the first one is related to the magnetic field intensity and the second is the nanoparticle concentration. In the presence of the flow of nanoparticle suspension, the nanoparticle capture is always governed by the nanoparticle concentration and also by Mason number. We have carried out an experiment on nanoparticle capture in a porous medium. The filtration efficiency is related to the competition between the hydrodynamic and magnetic forces, as well as to the phase separation in the suspension bulk. The theories developed in the frames of this work show a reasonable agreement with the experimental results. They predict an increase of the capture efficiency with an increase of the magnetic field intensity and the nanoparticle concentration as well as a decrease of the capture efficiency with the growth of the Mason number.

Thiomonas sp. 3As, bactérie isolée d'eaux de drainage de mine (Carnoulès, France) contaminées par l'arsenic, a la capacité d'oxyder l'arsenic. Nous l'avons caractérisée aux niveaux physiologique et chimiotaxonomique, ce qui a montré qu'il s'agit d'une nouvelle espèce : "Thiomonas arsenitoxudans". L'arsénite axydase catalyse l'oxydation de l'arsénite (As(III)) en arséniate (As(V)), moins soluble et toxique. Nous avons montré chez cette bactérie que les gènes aoxAB codant pour les 2 sous-unités de cette enzyme sont co-transcrits ArsR/SmtB. Cet opéron est transcrit en présence d'As(III) et d'As(V). Nos résultats indiquent qu'ArsR-like (1) est stabilisé par l'As(III) ou l'As(V). Nos résultats suggèrent qu'ArsR-like a un mécanisme d'action différent de celui établi pour les autres membres de la famille ArsR/SmtB / Thiamonas sp. 3As, a bacterium isolated from acid mine drainage waters heavily loaded with arsenic (Carnoulès, France), has the capacity to oxidize arsenic. We characterized it both at the physiological and chemotaxonomical levels, which showed that it belongs to a new species : "thiomonas arsenitoxydans". The arsenite oxidase catalyses the oxidation of arsenite (As(III)) to arsenate (As(V)), less soluble and toxic. We showed that the genes aoxAB encoding the 2 sub-units of this enzyme are co-transcribed with the genes coding for 2 cytochromes c and a metalloregulator ArsR-like of the ArsR/SmtB family in "Tm. arsenitoxydans". This operon is transcribed in the presence of As(III)) or As(V). Our results indicaded that ArsR-like (1) is stabilized by As(III) or As(V), and (2) binds on the regulatory sequence of the aox operon in the presence of As(III) or As(V). From oour results, we suggest that the mechanism of ArsR-like is different from that of the other members of the ArsR/SmtB family.

Ce travail de recherche porte sur l'application d'un procédé électrochimique d'oxydation avancée, le procédé électro-Fenton, au traitement des eaux usées contenant des polluants organiques persistants tels que les herbicides. En fait, le radical hydroxyle qui est un oxydant fort est généré in situ de manière électrocatalytique. Ce radical est capable d'oxyder n'importe quel molécule organique jusqu'à la minéralisation (transformation en CO2 et H2O).La dégradation/minéralisation de trois herbicides (atrazine, mesotrione et sulcotrione) a fait l'objet de ce travail. L'atrazine est un herbicide qui a été très largement utilisé dans le passé et interdit récemment en France à raison de son impact négatif sur l'environnement. L'atrazine constitue un polluant chroniques des eaux de surfaces et souterrains des deux dernières décennies. L'atrazine et ses métabolites seront présents dans les eaux encore pendant plusieurs années. L'atrazine est bien connu comme herbicide problématique quant à leur traitement. L'atrazine est une des molécules rare qui résiste à la minéralisation par les procédés d'oxydation avancée. Mesotrione et sulcotrione se sont des molécules conçus pour remplacer l'atrazine en tant que herbicides. Après avoir optimisé les paramètres opératoires du procédé électro-Fenton (nature et concentration du catalyseur, l'utilisation d'une anode Pt et une anode BDD en diamant dopé au bore, etc.) afin d'augmenter son efficacité, nous l'avons appliqué au traitement des solutions aqueux des polluants organiques. En premier lieu, nous avons identifié et effectué le suivi quantitatif des intermédiaires réactionnels aromatiques et aliphatiques formés lors du traitement. La libération des ions minéraux a été mise en évidence par chromatographie et leur évolution au cours de l'électrolyse a été suivie. L'efficacité de minéralisation des solutions traitées a été déterminée par l'analyse du carbone organique total. Dans le cas de l'atrazine, un taux de minéralisation de 96 % a été obtenu. Un taux si élevé n'est jamais rapporté par un procédé d'oxydation avancée. L'étude cinétique de la dégradation des herbicides étudiés a permis de déterminer les constantes de réaction apparentes de dégradation par les radicaux hydroxyles. Les constantes de vitesse absolue (kabs) de réaction des radicaux hydroxyles sur les herbicides étudiés ont été mesurées par la mise en oeuvre de la méthode de cinétique de compétition. Les valeurs de ( (1,53 x 108 M-1 s-1 ) ,(1.01 x 109 M-1 s-1 ) et ( 8.20 x 108 M-1 s-1)ont été trouvées respectivement pour l'atrazine, la sulcotrione et la Mesotrione / This study concerns the application of an electrochemical advanced oxidation process, namely the "electro-Fenton process", to treatment of waste water containing the persistent organic pollutants such as herbicides. A very strong oxidant, the hydroxyl radical, is generated in situ in electrocatalytic way. This radical is able to oxidize any organic molecule until the ultimate oxidation stage, i.e. mineralization (transformation into CO2 and H2O).Degradation/mineralization of three herbicides (atrazine, sulcotrione and mesotrione) was the subject of this work. Atrazine was very largely used herbicide in the past and prohibited recently in France because of its negative impact on the environment. During the two last decades atrazine constituted the chronic pollutants of surface and underground waters. Atrazine and its metabolites will be present in water still during several years. Atrazine are well-known as problematic herbicides for their treatment. Atrazine is one of the rare molecules which resist to mineralization by the advanced oxidation processes. Mesotrione and sulcotrione are molecules designed to replace the atrazine as weed-killers. After having optimized the operational parameters of the electro-Fenton process (nature and concentration of the catalyst, the use of a boron doped diamond (BDD) instead of Pt, etc.) in order to increase its efficiency, we applied it to treatment of the aqueous solutions of selected herbicides. Initially, we identified and carried out the quantitative follow-up of the aromatic and aliphatic reaction intermediates formed during current controlled electrolysis. The release of the mineral ions was measured by ion chromatography and their evolution during electrolysis was followed. The mineralization efficiency of treated solutions was determined in term of total organic carbon (TOC) measurements. In the case of the atrazine, a mineralization ratio of 96% was obtained. Such mineralization efficiency was never reported by an advanced oxidation process. The degradation kinetics study of the herbicides under examination permitted to determine the apparent rate constants (kapp) of the reactions between herbicides and hydroxyl radical. The absolute rate constants (kabs) of degradation reactions of studied herbicides were determined by employing the competition kinetics method using a standard molecule for which kabs is known. The values of (1,53 x 108 M-1 s-1 ) ,(1.01 x 109 M-1 s-1 ) and ( 8.20 x 108 M-1 s-1) were found respectively for the atrazine, the sulcotrione and the Mesotrione