Le recyclage des eaux constitue une bonne option pour une majeure partie des eaux usées résiduaires urbaines rejetées dans le milieu naturel. L'eau grise compose 61% du flux total des eaux usées, elle provient essentiellement de l’usage en salle de bain, en cuisine et lavage de linge (machines à laver). Une fois traitée, cette eau peut être facilement réutilisée à l'exclusion de l'office comme eau potable. Ce travail de recherche explore les possibilités de traitement des eaux grises et de choisir les techniques de traitement les plus efficaces et les moins coûteuses. Nous avons identifié les différents types de procédés de traitement, puis nous avons choisi les systèmes qui peuvent fournir à la fois de l'efficacité et la faisabilité pour le traitement des eaux grises à faible charge. Après avoir sélectionné deux systèmes de traitement, nous les avons fusionnés en un seul système. Ces deux systèmes s'appuient fortement sur les procédés d'adsorption. Différents types d'adsorbants, à faible coût et adapté aux pays en voie de développement ont été testés : résidus de briques, du charbon actif et différentes granulométries de sable. La demande chimique en oxygène, la turbidité et le pourcentage d'élimination des agents actifs ont été utilisés pour juger l’efficacité de chaque adsorbant. Après avoir sélectionné le support de filtration, nous nous sommes concentrés sur le concept de phytoremédiation en utilisant différents types de plantes. Le choix s’est porté sur la Lavande pour réaliser les expérimentations. Deux paramètres ont été suivis, la demande chimique en oxygène et la turbidité, pour juger l’efficacité du traitement sur un système pilote.Les résultats obtenus montrent que le pilote est opérationnel et permet de récupérer une grande quantité d'eau qui pourrait être réutilisée dans les toilettes ou l'irrigation. La dimension sociétale est un élément très important dans le succès de tout nouveau système de traitement destiné à une large utilisation par la population ou la collectivité. En fonction de l'option choisie, des enquêtes ont été réalisées pour percevoir la volonté d’engagement dans une telle voie de traitement. / Greywater constitutes 61% of the total wastewater stream that includes bathroom waters, kitchen water and washing machines. When treated, this source can be easily reused in wide options excluding potable uses. This study explores the opportunities to treat greywater and try to choose the most efficient yet cheap treatment systems.An overall view of different types of treatment systems was conducted, and then we chose which systems could deliver both efficiency and feasibility for low load greywater. After selecting two types of treatment systems, we needed to merge both of them into one system that will enhance the treatment efficiency. These two systems rely tightly on adsorption that is why we wanted to identify which adsorbent can offer the best percentage of pollutants elimination but still fit in the low budget of low income countries. Different types of adsorbent were tested: different bricks residues, activated carbons and different grain size of sand. Chemical oxygen demand, turbidity and the percentage of elimination of active agents were used to judge their effectiveness. After selecting fine sand and coarse sand, a phytoremediation concept was used, this require testing different type of plants. Lavender was then selected to be part of our system. Chemical oxygen demand and turbidity were used to judge whether or not our system could deliver good results. After running these two tests, our pilot showed great results and recovered great amount of water that could be then used in different reuse options like toilet flushing or irrigation. Because user’s opinion and social acceptance is a threat to any new treatment system, we visited some of the nearest hotels and resorts to see their willingness to engage in such treatment path. In addition, cost is always a major throwback to any new treatment system; therefore, cost benefit analysis was used to ensure the feasibility of our pilot.

Les procédés dits d'oxydation avancés (POA) permettent la dégradation totale (minéralisation) en milieu aqueux des molécules organiques toxiques pour l'homme et pour l'environnement. Le procédé Electro-Fenton qui fait partie des POA est appliqué dans le cadre de ce travail à la minéralisation des solution aqueuses d'herbicides chlorophénylurées. Les performances de ce procédé ont été comparés avec d'autres procédé POA fraisant intervenir les ions de fer (ferreux ou ferriques) tels que le réactif de Fenton et le procédé photo-Fenton.<br /><br />Dans le cas des molécules étudiées (diuron, monuron et fénuron), il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé Fenton (Fe2+/H2O2) augmente avec l'augmentation des doses des réactifs et du temps de réaction. Dans le cas de la dégradation photochimique (irradiation UV), la vitesse de dégradation et le taux de minéralisation sont très faibles. La vitesse de dégradation des molécules mères et le taux de minéralisation des solutions d'herbicides étudiés peuvent être significativement augmentés par le couplage de la photochimie le réactif de Fenton (Fe2+/ H2O2). Ce couplage permet aussi de diminuer la durée d'irradiation et faire économiser d'énergie. Dans le cas du procédé Electro-Fenton, la cinétique de dégradation et de minéralisation dépend des paramètres expérimentaux tels que la concentration du catalyseur, l'intensité du courant appliqué, le pH du milieu, etc. <br /><br />La réactivité des chlorophénylurées vis-à-vis des radicaux hydroxyles varie en fonction du nombre d'atomes de chlore substitués sur le cycle aromatique. La vitesse de réaction de dégradation croît dans l'ordre suivant : diuron (2 Cl substitués), monuron (1 Cl substitué) et fénuron (sans Cl substitué. L'étude de la minéralisation de ces herbicides a montré que les taux d'abattement de carbone organique en terme de DCO dépassent les 90% pour une durée de traitement de 3 heures dans le cas du procédé Electro-Fenton. Le mécanisme de minéralisation des herbicides chlorophénylurées est initié par l'attaque des radicaux hydroxyles de la molécule de départ sur deux sites : le groupement N-terminal et le cycle aromatique générant des sous-produits. Plusieurs sous-produits de dégradation aromatiques qui sont principalement issus d'une oxydation du groupement N-terminal suivie d'une hydroxylation du cycle aromatique et de substitution d'atomes de chlore sur le cycle aromatique ont été identifiés. Des oxydations successives mènent à l'ouverture oxydante du cycle aromatique avec la formation des acides carboxyliques et ions minéraux.<br /><br />Une comparaison des performances de minéralisation par les différents procédés étudiés a montré que les procédés photo-Fenton et Electro-Fenton permettent d'atteindre des taux de minéralisation très important (de l'ordre de 93%). Le procédé Electro-Fenton semble être favorisé avec non utilisation de réactifs chimiques et une faible consommation d'énergie électrique.

La digestion anaérobie en voie sèche représente une opportunité de développement de la méthanisation sur le territoire français au vu des gisements agricoles disponibles sur le territoire. Toutefois, l’importance des verrous scientifiques et technologiques de par leur nombre et leur complexité rend cette technologie non mature et peu développée sur le territoire français. Dans ces travaux de thèse, il a été étudié dans un premier axe la mise au point de la détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) pour des substrats solides avec un kit commercial rendant celle-ci utilisable sans dilution des déchets et utilisant une faible quantité de réactifs. Cette méthode est un outil de suivi des installations. Un deuxième axe d’étude qui s’est attaché à l’étude de la phase d’acidification, verrou majeur de la méthanisation phase sèche, a démontré l’impact de la conservation et de l’origine des inocula sur leur capacité à gérer une phase d’acidification en présence de déchets facilement hydrolysables. L’inoculum est un paramètre majeur de la méthanisation voie sèche et est pourtant peu étudié. Un troisième axe de cette thèse concerne l’étude des transferts hydriques sur des substrats d’origine agricole par une méthodologie de traçage et de modélisation via le modèle à deux régions d’eau mobile et immobile. L’évolution des transferts hydriques a été étudiée au cours de la digestion anaérobie de fumier bovin en digesteur 60 L montrant une diminution de la perméabilité du massif après le deuxième pic de production de méthane. Par conséquent, tout l’inoculum recirculé passe par les côtés et non au sein du massif solide. Deux fréquences de recirculation ont été testées permettant d’obtenir une amélioration de la production de méthane d’environ 20 %. La caractérisation des transferts hydriques obtenus pour ces deux modalités sont identiques après 32 jours de dégradation anaérobie. Le gain de méthane obtenu se fait donc jusqu’au deuxième pic de production de biogaz par la recirculation. Les bilans hydriques et massiques effectués sur ces digesteurs 60 L démontrent que 36 % de la matière organique sont retrouvés dans le digestat montrant un procédé non optimisé. Le quatrième axe d’étude a été de comprendre et d’étudier la dynamique des populations méthanogènes au sein de digesteurs de méthanisation voie sèche de 60 L selon deux configurations. Des expérimentations modulant l’immersion du massif solide ont conduit à obtenir une amélioration de 13 % de production de méthane pour la condition favorisant l’immersion. Cette augmentation de production de méthane est induite par une plus forte quantité de Methanosarcinaceae. La dynamique des populations méthanogènes a été étudiée dans la phase solide et liquide au cours de la digestion anaérobie montrant un transfert microbien de la phase liquide à solide pour un ordre des bactéries hydrogénotrophes, une hiérarchie de ces « hydrogénotrophes » dans le milieu et un fort développement des « acétotrophes » dans le milieu solide servant de support. Dans un cinquième axe, la mise en oeuvre de la tomographie électrique sur un digesteur de 30 m3 a permis de valider son utilisation pour localiser la phase liquide, les zones de potentiels méthane et les zones dégradées dans un container en fonction des protocoles de remplissage et de vidange du digesteur. Cette méthode est disponible pour localiser les zones mortes et donc pour optimiser le procédé de méthanisation en voie sèche type batch. A travers ces expérimentations menées à différentes échelles et avec différentes problématiques, des méthodologies ont été adaptées pour la compréhension des mécanismes et le suivi du procédé de méthanisation par voie sèche. / The dry anaerobic digestion (AD) process is an opportunity to develop the methanization in France. Agricultural waste is abundant in France. However, many scientific and technical locks are complex and must be solved to develop the dry anaerobic digestion process in France. In this work, the chemical oxygen demand (COD) method was adapted for solid waste no implying waste dilution or a high quantity of reagent. This COD method was available to monitor and manage the dry AD process. The study of acidification phase, a major lock of the dry AD process, showed that the storage condition and the origin of inoculum influence the capacity to manage this phase. The inoculum is a major parameter of the dry AD process. But, the inoculum is few studied.On another part of experiments concerned the water transfers studied on agricultural waste with a tracing method. The modeling of the elution curves to determine the diffusion and the convective transfers was made with a model with two Mobile-Immobile regions. The evolution of water transfers was studied during the AD cycle showing a decrease about the permeability of solid phase after the second peak of methane production. Thus, the inoculum passes on the board of solid phase. Two recirculations were tested allowing to obtain an improvement the methane production about 20 % after the AD cycle. The water transfers of these two recirculations modalities were identical after the AD cycle. The improvement of methane production occurred after the second peak of the methane production. Water and mass balances made showing that 36 % of organic matter was find in the digestat. Consequently, the process was not optimized. Others experiments modulating the immerged part of solid phase showed an improvement of the methane production about 13 % with the increasing of immerged part. This methane improvement was induced by the development of Methanosarcinaceae. The methanogens dynamics were studied in the liquid and solid phases during the AD process showing (i) a population transfer between the liquid phase to the solid phase, (ii) a hierarchy of hydrogenotrophs methanogens in the media, and (iii) a strong development of acetotrophs methanogens in the solid phase. In the final part, the electrical tomography was implemented in a dry AD batch at full scale (30 m3). This method was adapted to localize the liquid phase, the zones of methane potential and the degraded zones according to filling and the emptying protocols. This method can detect the “dead” zones of process in dry AD process.Though, experiments carried out at different scales and with different problematic and several methodologies were adapted to understand the dry AD process. Moreover, the optimization of dry AD process was finding to increase the methane production.