Unconventional gas reservoirs in carbon dioxide sequestration activities is a relatively new and unexplored concept currently undergoing pilot scale testing. Sequestration has the potential for enhancing gas recovery while mitigating carbon dioxide to long term storage structures. Due to the extremely complex systems associated with these unconventional reservoirs, modeling becomes difficult to predict accurately. This thesis presents methods to increase the confidence of inferred parameter testing for unconventional reservoir sequestration in both seam coal bed methane wells and a shale wells. Various tests include the use of computed tomography coupled with Avizo modeling software, inductively coupled mass spectrometer fluid transport analysis, pressure transient build tests, liquid level detection, and desorption analysis coupled with cleat image analysis. Analyses of coals performed by both environmental scanning electron microscope (ESEM) and micro CT demonstrate that distributions of cleat porosity in coals are anisotropic and not correlated to the seam depth or location. ESEM is used with micro CT scanning to verify the results before and after the impregnation of the carbonic acid. The micro CT data in Avizo Fire© was used calculate an increase in cleat permeability by 25%. The increase of major flow pathways is caused by the dissolution of carbonates. Changes in the structures were observed qualitatively through ESEM and micro CT and quantitatively through Avizo and inductively coupled mass spectrometry. The results of comparative study between the cleat structures and the desorption of various seams indicate a trend in the cleat porosity and the desorption rate of the coals as well as the cleat porosity and the total gas in various seams. / Master of Science

No / Two-dimensional gel electrophoresis-separated and excised haptoglobin alpha2-chain protein spots were subjected to in-gel digestion with trypsin. Previously unassigned peptide ion signals observed in mass spectrometric fingerprinting experiments were sequenced using the matrix-assisted laser desorption/ionization-quadrupole ion trap-time of flight (MALDI-QIT-TOF) mass spectrometer and showed that the haptoglobin alpha-chain derivative under study was cleaved by trypsin unspecifically. Abundant cleavages occurred C-terminal to histidine residues at H23, H28, and H87. In addition, mild acidic hydrolysis leading to cleavage after aspartic acid residues at D13 was observed. The uninterpreted tandem mass spectrometry (MS/MS) spectrum of the peptide with ion signal at 2620.19 was submitted to database search and yielded the identification of the corresponding peptide sequence comprising amino acids (aa) aa65-87 from the haptoglobin alpha-chain protein. Also, the presence of a mixture of two tryptic peptides (mass to charge ratio m/z 1708.8; aa40-54, and aa99-113, respectively), that is caused by a tiny sequence variation between the two repeats in the haptoglobin alpha2-chain protein was resolved by MS/MS fragmentation using the MALDI-QIT-TOF mass spectrometer instrument. Advantageous features such as (i) easy parent ion creation, (ii) minimal sample consumption, and (iii) real collision induced dissociation conditions, were combined successfully to determine the amino acid sequences of the previously unassigned peptides. Hence, the novel mass spectrometric sequencing method applied here has proven effective for identification of distinct molecular protein structures.

Bei einem thermischen Energieversorgungssystem, insbesondere einer Warmwasserheizungsanlage, spielen die in Wärmeträgermedium (Wasser) gelösten Gase (Sauerstoff und Stickstoff) für einen einwandfreien Betreib eine große Rolle, weil einerseits der im Wasser gelöste Sauerstoff zu einer Korrosionsreaktion an metallischen Anlagenbauteilen führt, was wiederum eine Reihe von negativen Konsequenzen, wie Verschleiß der Bauteile, Verstopfung der Rohrleitungen oder Durchrostung, hat. Andererseits kann der im Wasser gelöste Stickstoff aufgrund seiner reaktionsträgen Eigenschaft zu einer Gasblasenbildung führen, die wiederum eine Zirkulationsstörung im Wasserkreislauf bzw. eine Beeinträchtigung der Wärmeversorgung der Heizkörper bewirkt. Die Folgen dieser Systemstörungen sind hohe Wartungs- und Reparaturkosten sowie Reklamationen bei Planern, Anlagenherstellern und Kunden. Erkennt man die Ursachen für das Vorhandensein der Gase in der Heizungsanlage, so können Gegenmaßnahmen rechtzeitig ergriffen werden. Dadurch kann das Problem zum Teil behoben oder zumindest das Schadensausmaß begrenzt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das Gasproblem aufgrund der Gaspermeation in Heizungsanlagen quantitativ zu beurteilen und anschließend anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse mögliche Lösungsansätze zur Reduzierung bzw. Beseitigung des Gasproblems vorzuschlagen.

Dans ce travail nous avons étudié des réactions chimiques sur la surface de deux métaux :le platine et l'or, en utilisant la microscopie ionique à effet de champ électrique (FIM) et la spectrométrie de masse de désorption par champ pulsé (PFDMS). En complément de ces données expérimentales, nous apportons des résultats obtenus par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). La taille et la morphologie de nos échantillons font qu’ils sont de bons modèles de grains de phase active dans un catalyseur réel.<p>\ / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lorsque la matière condensée est soumise à des rayonnements de haute énergie, des électrons secondaires de basse énergie (0-20 eV) sont produits en grande quantité. Ces électrons participent à part entière aux dommages induits dans la matière, incluant les processus d’érosion et de modifications chimiques. Les fragments produits au sein du milieu réagissent et de nouvelles espèces sont formées. Plusieurs domaines d’application sont concernés par ces processus, et plus particulièrement le design de dispositifs par lithographie ou par dépôts assistés par faisceaux focalisés et l’astrochimie. Les enjeux concernent l’identification des mécanismes induits par les électrons lents, le contrôle des fragments réactifs et espèces stables formés, ainsi que la détermination de grandeurs quantitatives permettant d’apprécier l’efficacité des processus impliqués. L’approche développée dans ce travail de thèse consiste à irradier des surfaces et interfaces directement avec des faisceaux d’électrons de basse énergie afin d’étudier les processus induits. Les réponses de films moléculaires supportés modèles (d’épaisseur variable) sont étudiées en fonction de l’énergie incidente des électrons et des doses délivrées. Dans les cas favorables, des méthodologies ont pu être proposées pour accéder à l’estimation de sections efficaces effectives. Pour ce faire, trois techniques expérimentales sont combinées. Les films déposés et les résidus formés sont analysés par spectroscopie de perte d'énergie d’électrons à haute résolution (HREELS) et désorption programmée en température (TPD). Les fragments neutres (et non pas ioniques comme le plus souvent) désorbant sous irradiation sont analysés en masse afin de mener une étude de désorption stimulée par impact d’électrons (ESD).Dans le contexte de la fonctionnalisation de surface, le greffage de centres carbonés hybridés sp2 sur un substrat de diamant poly-cristallin hydrogéné a été réalisé par irradiation électronique d’une couche mince de benzylamine. A 11 eV, le mécanisme dominant implique la dissociation en neutres du précurseur. La section efficace effective de greffage a pu être déterminée par HREELS suite à une unique irradiation, en tirant avantage du profil du faisceau d’irradiation. Dans le contexte de l’astrochimie, la réponse à l’irradiation par électrons lents de glaces d’ammoniac amorphes et cristallisées a été étudiée. La désorption de molécules d’ammoniac a été observée. Elle peut résulter de l’érosion directe du film et de mécanismes de désorption induite par excitation électronique (DIET). Différents processus de fragmentation/recombinaison ont été mis en évidence via la désorption des espèces neutres NHx (x = 1,2), H2 et N2. Une chimie particulièrement riche est induite par irradiation électronique à 13 eV. L’analyse temporelle des rendements ESD a permis la détermination de la section efficace de la désorption de NH3, et l’observation de la formation retardée de N2 et H2. L’analyse TPD des résidus a démontré la synthèse de diazène (N2H2) et d’hydrazine (N2H4) dans le film. Ces résultats peuvent aider à l’élucidation des écarts observés dans les abondances de NH3 et N2 dans les régions denses de l'espace. Enfin, les premiers travaux réalisés pour fonctionnaliser un substrat de façon résolue à l’échelle micrométrique sous irradiation d’électrons lents sont également présentés. La faisabilité de la procédure utilisant un microscope électronique à basse énergie (LEEM) a été démontré sur une monocouche de terphenylthiol (TPT). Des motifs de 5 μm de travaux de sortie différents ont été imprimés en travaillant à des énergies de 10-50 eV. Ensuite la réponse de films modèles de résines lithographiques (PMMA, polyméthacrylate de méthyle) à des irradiations électroniques a été étudiée, afin d’identifier les énergies favorables en vue d’une modification de surface résolue spatialement. / High-energy irradiation of condensed matter leads to the production of copious amounts of low-energy (0-20 eV) secondary electrons. These electrons are known to trigger various dissociative processes leading to observed damages including erosion and chemical modifications. The resulting reactive species within the condensed media can also lead to the synthesis of new molecules. This has implications in several applications most especially in the design of lithographic methods, focused beam-assisted deposition, as well as in astrochemistry. In all these applications, it is important to identify the processes induced by low-energy electrons, study the reactive fragments and stable molecules produced to determine possibilities of controlling them, and generate quantitative data to gauge the efficiencies of these processes. The approach developed for this PhD work consists of directly irradiating surfaces and interfaces using low-energy electrons and studying the processes that arise. The responses of different model molecular films (of varying thickness) were studied as a function of incident electron energy and dose. In favorable cases, methodologies proposed herein can be used to estimate effective cross sections of observed processes. Three complementary surface-sensitive techniques were utilized for this purpose. To characterize the deposited films and formed residues, the High Resolution Electron-Energy Loss Spectroscopy (HREELS) and Temperature Programmed Desorption (TPD) were used. Neutral fragments (as opposed to their often-detected ionic counterparts) desorbing under electron irradiation were monitored using a mass spectrometer in a technique called Electron Stimulated Desorption (ESD).Within the context of surface functionalization, the grafting of sp2-hybridized carbon centers on a polycrystalline hydrogenated diamond substrate was realized through electron irradiation of a thin layer of benzylamine precursor deposited on its surface. At 11 eV, the dominant mechanism is proposed to be neutral dissociation of the precursor molecules. The effective cross section of the grafting process was estimated in only a single measurement from the HREELS map of the sample surface, taking advantage of the electron beam profile. Within the context of astrochemistry, on the other hand, the responses of crystalline and amorphous NH3 ices were studied under electron impact. The desorption of intact NH3 was observed which resulted in the direct erosion of the film proceeding through a mechanism consistent with desorption induced by electronic transitions (DIET). Different fragmentation and recombination processes were also observed as evidenced by detected neutral species like NHx (x=1,2), N2, and H2. Aside from desorption, a wealth of chemical processes was also observed at 13 eV. Temporal ESD at this energy allowed for the estimation of the effective cross section of NH3 desorption and observing the delayed desorption of N2 and H2. TPD analysis of the residues also provided evidence of N2H2 and N2H4 synthesis in the film. These results can help explain the observed discrepancies in abundances of NH3 and N2 in dense regions in space. Lastly, this PhD work will present prospects for these electron-induced processes to be constrained spatially in microscopic dimensions for lithographic applications. The feasibility of the procedure utilizing Low-Energy Electron Microscope (LEEM) was demonstrated on a terphenylthiol self-assembled monolayer (TPT SAM) specimen. Spots of 5 μm in diameter with different work functions were imprinted on the surface using energies from 10-50 eV. Electron-induced reactions in thin-film resists (PMMA, poly(methyl methacrylate)) were also studied at low-energy identifying opportunities for energy- and spatially-resolved surface modification.

Bei einem thermischen Energieversorgungssystem, insbesondere einer Warmwasserheizungsanlage, spielen die in Wärmeträgermedium (Wasser) gelösten Gase (Sauerstoff und Stickstoff) für einen einwandfreien Betreib eine große Rolle, weil einerseits der im Wasser gelöste Sauerstoff zu einer Korrosionsreaktion an metallischen Anlagenbauteilen führt, was wiederum eine Reihe von negativen Konsequenzen, wie Verschleiß der Bauteile, Verstopfung der Rohrleitungen oder Durchrostung, hat. Andererseits kann der im Wasser gelöste Stickstoff aufgrund seiner reaktionsträgen Eigenschaft zu einer Gasblasenbildung führen, die wiederum eine Zirkulationsstörung im Wasserkreislauf bzw. eine Beeinträchtigung der Wärmeversorgung der Heizkörper bewirkt. Die Folgen dieser Systemstörungen sind hohe Wartungs- und Reparaturkosten sowie Reklamationen bei Planern, Anlagenherstellern und Kunden. Erkennt man die Ursachen für das Vorhandensein der Gase in der Heizungsanlage, so können Gegenmaßnahmen rechtzeitig ergriffen werden. Dadurch kann das Problem zum Teil behoben oder zumindest das Schadensausmaß begrenzt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, das Gasproblem aufgrund der Gaspermeation in Heizungsanlagen quantitativ zu beurteilen und anschließend anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse mögliche Lösungsansätze zur Reduzierung bzw. Beseitigung des Gasproblems vorzuschlagen.

Le cholestérol est l'une des molécules biologiques indispensable au bon fonctionnement de la plupart des organismes vivants, y compris chez l’homme. Cette molécule se trouve en abondance dans des tissus cérébraux et joue trois rôles principaux dans l'organisme. C’est un constituant (composant) essentiel de la membrane cellulaire qui sert à maintenir l’intégrité et la fluidité des cellules. Le cholestérol est aussi un élément déclencheur pour la production d’hormones stéroïdiennes comme les hormones sexuelles et la vitamine D. Finalement, il contribue à la production des acides biliaires par le foie. Dans cette étude, une méthode analytique de quantification absolu du cholestérol dans sections tissulaires de cerveau de souris par IMS a été développée. Pour ce faire, dans un premier temps des courbes d’étalonnage faites à partir de concentrations croissantes de cholesterol-d7 ont été réalisé en dopant directement des sections minces d’homogénat de cerveau. Par la suite, un étalon interne de stigmastérol (un stérol naturel d’origine exclusivement végétale) a été utilisé pour normaliser les signaux en provenance du cholestérol et du cholestérol-d7. Finalement, les analyses ont été effectué en utilisant une méthode IMS préalablement développée au laboratoire pour la détection spécifique et l’imagerie du cholestérol par désorption ionisation laser assistée par l’argent. L’étalon interne a été utilisé ici pour réduire les erreurs instrumentales, et les résultats avant et après normalisation montrent le rôle fonctionnel de cette méthode dans l’amélioration de la linéarité de la courbe d’étalonnage et, en conséquence, la mesure précise du cholestérol dans des échantillons analysés. / Cholesterol is one of the biological molecules essential for the proper functioning of most living organisms, including humans, and accurate quantification of cholesterol has many potential implications. This molecule is found abundantly in the brain and plays three main roles in the body. It is an essential component of the cell membrane which serves to maintain the integrity and fluidity of cells. Cholesterol is also a chemical trigger for the production of various steroid hormones such as sex hormones and vitamin D. Ultimately, it helps the liver to produce bile acids. A greater understanding of cholesterol and of its role in the body may directly impact our understanding of these processes. In this study, an analytical method for the absolute quantification of cholesterol in the mouse brain slices by IMS was developed. To achieve this calibration curves made from increasing concentrations of cholesterol-d7 were first performed by doping them on thin sections of brain homogenate. Subsequently, stigmasterol (a natural sterol of exclusively plant origin) was used as an internal standard to normalize the signals from cholesterol and cholesterol-d7 was evenly deposited over all analyzed sections. Finally, the analyzes were performed using an IMS method previously developed in the laboratory for the specific detection and imaging of cholesterol by silver-assisted laser ionization desorption. The internal standard was used here to reduce instrument errors, and the before and after normalization results show the functional role of this method in improving the linearity of the calibration curve and, therefore, the accurate measurement of cholesterol in the analyzed samples.

Coal seam gas has been recognised as a new, potential energy resource in New Zealand. Exploration and assessment programmes carried out by various companies have evaluated the resource and indicated that this unconventional gas may form a part of New Zealand's future energy supply. This study has delineated some of the controls between coal properties and gas content in coal seams in selected New Zealand locations. Four coal cores, one from Huntly (Eocene), two from Ohai (Cretaceous) and one from Greymouth (Cretaceous), have been sampled and analysed in terms of gas content and coal properties. Methods used include proximate, sulphur and calorifc value analyses; ash constituent determination; rank assessment; macroscopic analysis; mineralogical analysis; maceral analysis; and gas analyses (desorption, adsorption, gas quality and gas isotopes). Coal cores varied in rank from sub-bituminous B-A (Huntly); sub-bituminous C-A (Ohai); and high volatile bituminous A (Greymouth). All locations contained high vitrinite content (~85 %) with overall relatively low mineral matter observed in most samples. Mineral matter consisted of both detrital grains (quartz in matrix material) and infilling pores and fractures (clays in fusinite pores; carbonates in fractures). Average gas contents were 1.6 m3/t in the Huntly core, 4.7 m3/t in the Ohai cores, and 2.35 m3/t in the Greymouth core. The Ohai core contained more gas and was more saturated than the other cores. Carbon isotopes indicated that the Ohai gas composition was more mature, containing heavier 13C isotopes than either the Huntly or Greymouth gas samples. This indicates the gas was derived from a mixed biogenic and thermogenic source. The Huntly and Greymouth gases appear to be derived from a biogenic (by CO2 reduction) source. The ash yield proved to be the dominant control on gas volume in all locations when the ash yield was above 10 %. Below 10 % the amount of gas variation is unrelated to ash yield. Although organic content had some influence on gas volume, associations were basin and /or rank dependant. In the Huntly core total gas content and structured vitrinite increased together. Although this relationship did not appear in the other cores, in the Ohai SC3 core lost gas and fusinite are associated with each other, while desmocollinite (unstructured vitrinite) correlated positively with residual gas in the Greymouth core. Although it is generally accepted that higher rank coals will have higher adsorption capacities, this was not seen in this data set. Although the lowest rank coal (Huntly) contains the lowest adsorption capacity, the highest adsorption capacity was not seen in the highest rank coal (Greymouth), but in the Ohai coal instead. The Ohai core acted like a higher rank coal with respect to the Greymouth coal, in terms of adsorption capacity, isotopic signatures and gas volume. Two hypothesis can be used to explain these results: (1) That a thermogenically derived gas migrated from down-dip of the SC3 and SC1 drill holes and saturated the section. (2) Rank measurements (e.g. proximate analyses) have a fairly wide variance in both the Greymouth and Ohai coal cores, thus it maybe feasible that the Ohai cores may be higher rank coal than the Greymouth coal core. Although the second hypothesis may explain the adsorption capacity, isotopic signatures and the gas volume, when the data is plotted on a Suggate rank curve, the Ohai coal core is clearly lower rank than the Greymouth core. Thus, pending additional data, the first hypothesis is favoured.

L’élevage des porcs représente une source importante de déversement d’antibiotiques dans l’environnement par l’intermédiaire de l’épandage du lisier qui contient une grande quantité de ces molécules sur les champs agricoles. Il a été prouvé que ces molécules biologiquement actives peuvent avoir un impact toxique sur l’écosystème. Par ailleurs, elles sont aussi suspectées d’engendrer des problèmes sanitaires et de contribuer à la résistance bactérienne pouvant mener à des infections difficilement traitables chez les humains. Le contrôle de ces substances dans l’environnement est donc nécessaire. De nombreuses méthodes analytiques sont proposées dans la littérature scientifique pour recenser ces composés dans plusieurs types de matrice. Cependant, peu de ces méthodes permettent l’analyse de ces contaminants dans des matrices issues de l’élevage agricole intensif. Par ailleurs, les méthodes analytiques disponibles sont souvent sujettes à des faux positifs compte tenu de la complexité des matrices étudiées et du matériel utilisé et ne prennent souvent pas en compte les métabolites et produits de dégradation. Enfin, les niveaux d’analyse atteints avec ces méthodes ne sont parfois plus à jour étant donné l’évolution de la chimie analytique et de la spectrométrie de masse. Dans cette optique, de nouvelles méthodes d’analyses ont été développées pour rechercher et quantifier les antibiotiques dans des matrices dérivées de l’élevage intensif des porcs en essayant de proposer des approches alternatives sensibles, sélectives et robustes pour quantifier ces molécules. Une première méthode d’analyse basée sur une technique d’introduction d’échantillon alternative à l’aide d’une interface fonctionnant à l’aide d’une désorption thermique par diode laser munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été développée. L’objectif est de proposer une analyse plus rapide tout en atteignant des niveaux de concentration adaptés à la matrice étudiée. Cette technique d’analyse couplée à un traitement d’échantillon efficace a permis l’analyse de plusieurs antibiotiques vétérinaires de différentes classes dans des échantillons de lisier avec des temps d’analyse courts. Les limites de détection atteintes sont comprises entre 2,5 et 8,3 µg kg-1 et sont comparables avec celles pouvant être obtenues avec la chromatographie liquide dans une matrice similaire. En vue d’analyser simultanément une série de tétracyclines, une deuxième méthode d’analyse utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a été proposée. L’utilisation de la HRMS a été motivée par le fait que cette technique d’analyse est moins sensible aux faux positifs que le triple quadripôle traditionnel. Des limites de détection comprises entre 1,5 et 3,6 µg kg-1 ont été atteintes dans des échantillons de lisier en utilisant un mode d’analyse par fragmentation. L’utilisation de méthodes de quantifications ciblées est une démarche intéressante lorsque la présence de contaminants est suspectée dans un échantillon. Toutefois, les contaminants non intégrés à cette méthode d’analyse ciblée ne peuvent être détectés même à de fortes concentrations. Dans ce contexte, une méthode d’analyse non ciblée a été développée pour la recherche de pharmaceutiques vétérinaires dans des effluents agricoles en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution et une cartouche SPE polymérique polyvalente. Cette méthode a permis l’identification d’antibiotiques et de pharmaceutiques couramment utilisés dans l’élevage porcin. La plupart des méthodes d’analyse disponibles dans la littérature se concentrent sur l’analyse des composés parents, mais pas sur les sous-produits de dégradation. L’approche utilisée dans la deuxième méthode d’analyse a donc été étendue et appliquée à d’autres classes d’antibiotiques pour mesurer les concentrations de plusieurs résidus d’antibiotiques dans les sols et les eaux de drainage d’un champ agricole expérimental. Les sols du champ renfermaient un mélange d’antibiotiques ainsi que leurs produits de dégradation relatifs à des concentrations mesurées jusqu’à 1020 µg kg-1. Une partie de ces composés ont voyagé par l’intermédiaire des eaux de drainage du champ ou des concentrations pouvant atteindre 3200 ng L-1 ont pu être relevées. / Swine production is a major source of antibiotic release into the environment via manure spreading on agricultural fields. It has been shown that these biologically active compounds may have a toxic impact on ecosystems. Moreover, they are also suspected to cause health problems and contribute to bacterial resistance that could lead to difficult-to-treat infections in humans. Therefore, control of these substances in the environment is necessary. Several analytical methods are proposed in the scientific literature to identify these compounds in various matrices. However, few of these methods allowed the analysis of these contaminants in matrices derived from intensive livestock farming. Furthermore, the analytical methods available are often subject to false positives, given the complexity samples and the equipment used and do not take into account the metabolites and degradation products. Finally, concentration levels reached with these methods are sometimes outdated since the evolution of analytical chemistry and mass spectrometry. In this context, new analytical methods have been developed to investigate and quantify the antibiotics derived from swine husbandry to propose alternative, sensible, selective and robust approaches to quantify these molecules. A first analytical method has been proposed based on an alternative sample introduction technique using the laser diode thermal desorption interface with an atmospheric pressure chemical ionization source coupled to tandem mass spectrometry. The objective was to provide a simpler and faster analysis while reaching levels suitable for the studied matrix. This alternative sample introduction method coupled with an efficient sample processing allowed the analysis of several classes of veterinary antibiotics in swine manure in a short analysis time. Detection limits ranged between 2.5 and 8.3 µg kg-1 and are comparable with those obtained with liquid chromatography in a similar matrix. In order to simultaneously analyze a series of tetracyclines, a second analytical method using liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry (HRMS) was proposed. The use of HRMS was motivated by the fact that this mass spectrometer is less sensitive to false positive that the traditional triple quadrupole given the complexity of the studied matrix. Detection limits between 1.5 and 3.6 µg kg-1 have been achieved in swine manure using a fragmentation analysis mode to avoid false positives. Targeted screening methods are interesting approaches when contaminants are suspected to be present in a sample. However, a non-included contaminant in this targeted analysis method could not been detected even at a high concentration. In this context, a non-target compound screening method focused on veterinary pharmaceutical compounds in swine manure was developed using liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry. A polymeric SPE cartridge was used to collect polar compounds including pharmaceuticals prior analysis. This method allowed the identification of antibiotics and pharmaceuticals of commonly used in swine farming. Most of the analytical methods available in the literature focus on parent compounds, regardless degradation products. The approach used in the second method of analysis was applied and extended to other classes of antibiotics to measure concentrations of several antibiotic residues in soils and drainage waters of an experimental agricultural field. Field soil contained a mixture of antibiotics and their related degradation products with concentrations measured up to 1020 µg kg-1. Some of these compounds have migrated through the field via drainage waters wherein concentrations up to 3200 ng L-1 were observed.

Ce travail vise à étudier le couplage entre écoulement et interactions physico-chimiques dans les sols, dans différentes conditions de saturation en eau, afin d’améliorer la prédiction du devenir des polluants. Il s’agit de comprendre en quoi le taux de saturation du milieu affecte la réactivité du sol vis-à-vis des polluants, et d’évaluer le pouvoir prédictif du transport de solutés réactifs étudié en milieu saturé sur la réactivité en conditions non saturées. Différents processus sont considérés : l’échange de cations calcium-zinc sur un milieu poreux modèle (sable-kaolinite), la sorption et désorption d’un composé organique sur une terre non contaminée, le transport de polluants prioritaires tels que les HAP sur une terre de friche industrielle. Dans chaque cas, des expériences en colonne de laboratoire ont été conduites en conditions d’écoulement saturé et non saturé permanent, permettant tout d’abord la caractérisation de l’hydrodynamique, puis l’étude du couplage avec la réactivité. Les courbes de percée obtenues ont été ensuite modélisées avec des codes tels que CXTFIT. On a montré l’influence de la teneur en eau du milieu sur le transport réactif, variable suivant le type de réaction considéré, la structure des milieux jouant également un rôle important. L’échange d’ions sur le milieu modèle n’est globalement pas affecté par la teneur en eau, dans une gamme proche de la saturation. En revanche, une plus forte sorption et une plus faible mobilisation des polluants organiques ont été observées en conditions non saturées. Le transport réactif de ces composés ne peut donc pas être prédit en conditions non saturées à partir de mesures en milieu saturé, qui peuvent surestimer le transport / The aim of this work was to study the link between water flow and physical and chemical interactions in soils under variably water flow conditions, in order to improve the prediction of contaminants fate. It deals with understanding how the porous media water content can modify soil reactivity towards contaminants, and assessing the possibility to predict reactivity under unsaturated conditions with reactive solute transport studied in saturated porous media. Various processes were considered: cations exchange calcium-zinc on a model porous media (sand-kaolinite), sorption and desorption of an organic compound on a non polluted soil, transport of priority contaminants such as PAHs on an industrial contaminated soil. In each case, experiments were carried out with soil columns at the laboratory scale under saturated and unsaturated steady-state flow conditions, in order to characterize at first hydrodynamics and then to study the link with reactivity. Modeling of the breakthrough curves was then performed with codes such as CXTFIT. We showed an influence of porous media water content on reactive transport which was different as a function of the interaction. Porous media structure must also be taken into account. Ions exchange on a model porous media was not globally modified by the water content varying in a range close to saturation. On the contrary, higher sorption and lower migration of organic contaminants were observed under unsaturated conditions. Reactive transport of these compounds cannot therefore be predicted under unsaturated conditions with tests performed on saturated porous media which may overestimate transport