Les effets de l'eau usée municipale et des fortes concentrations de CO[indice inférieur 2] sur la production de biomasse, sur la morphologie et sur la composition cellulaire d'une source marine d'Arthrospira (Spirulina) platensis (CCMP 1295) ont été étudiés. Après une comparaison de la dynamique de croissances de quatre souches différentes, la souche CPZA, une souche adaptée au milieu de culture « Zarrouk », a été sélectionnée. La production de biomasse a été déterminée massiquement sur des échantillons assechés. Les modifications au niveau de la morphologie ont été examinées journalièrement par microscopie optique, tandis que les contenus en protéines solubles, en glucides ainsi qu'en pigments (chlorophylle-a, phycocyanine et carotènes) ont été dosés par une approche colorimétrique. Le transfert de souche au milieu de culture Zarrouk a accéléré la production de biomasse par un facteur 12 sous des conditions favorables (3.3 klux à 32°C). Sous une intensité lumineuse plus grande (11 klux), la production a augmenté à 2.8 g/kg de solution après huit jours, ce qui représente une augmentation d'un facteur 17 par rapport à la biomasse initiale. L'ajout d'eau usée jusqu'à un pourcentage de 40 % a été effective en terme de production de biomasse, augmentant la culture jusqu'à une concentration de 3.3 g/kg de solution pendant la même période. La composition chimique des cultures restait relativement constante malgré les différences de milieux de culture. Cependant, l'addition d'eau usée a eu une corrélation négative sur la production nette de biomasse ainsi que sur le contenu en pigments, contrairement aux glucides qui ont démontré une augmentation allant parfois jusqu'à un facteur 5 dans une mixture composée à 80 % d'eau usée. Cette concentration d'eau usée a aussi permis d'observer de la chlorose. Malgré ces modifications, la morphologie des cellules n'a pas changé significativement, demeurant approximativement à 1 mm de longueur et aux environs de 10 spirales/trichome. Avec la concentration la plus élevée de CO[indice inférieur 2], la croissance s'est rapidement accélérée, d'abord dans le milieu Zarrouk pur, la production atteignant une densité de 3,6 g/kg solution après 8 jours sous un flux composé à 2 % de CO[indice inférieur 2]. Contrairement à l'addition d'eau usée, un changement systématique en morphologie a été observé. En effet, le trichome devient plus court et la spirale devient moins serrée si l'on compare à une culture employant des concentrations de CO[indice inférieur 2] semblables à celles de l'air ambiant. La concentration des pigments (spécialement les carotènes) et des protéines solubles diminue rapidement avec une augmentation de CO[indice inférieur 2], bien que le contenu en glucide dans ce cas également augmente proportionnellement. Une combinaison d'une haute concentration d'eau usée et de CO[indice inférieur 2] accélérait généralement le taux de croissance au début de culture. Cependant, un contenu atteignant 8 % de CO[indice inférieur 2] s'est démontré fatal pour des cultures impliquant de 20 % à 60 % d'eau usée, et ce, dès le 6e jour. En effet, une lyse prématurée des cellules a été observée. Il est tout de même particulier qu'une combinaison de hautes teneurs en CO[indice inférieur 2] et en eau usée dans le milieu de croissance ait pu mener à une synergie au niveau de la production de la biomasse, tout comme pour la production de chlorophylle-a, de phycocyanine et de protéines solubles. Ces résultats pourront s'avérer intéressants pour le développement d'une éventuelle stratégie de culture d'algue.

Ces dernières décennies, la pollution de l’eau est devenue un problème se posant avec insistance dans le monde entier. En effet, la forte croissance des besoins en eau due à l’accroissement démographique ainsi qu’aux évolutions industrielles, agricoles et urbaines, engendrent des quantités énormes de rejets d’eaux usées. Ces derniers sont déversés dans la nature avec ou sans traitement et peuvent constituer un danger via la transmission de maladies ainsi que pour l’irrigation des terres qui se trouvent aux alentours du site de rejet. L’objectif de cette étude est le traitement des rejets aqueux par l’utilisation d’une nouvelle technologie appelée « photocatalyse hétérogène ». Ce procédé est basé sur l’utilisation d’un semiconducteur irradié par une source lumineuse de longueur d’onde appropriée et est simple à mettre en œuvre et peu coûteux. Des semiconducteurs ZnO/Fe2O3, ZnO de morphologie « bâtonnets » et ZnO dopé Mn2+ ont été synthétisés et testés dans diverses applications photocatalytiques. Les résultats obtenus ont montré une amélioration de l’efficacité catalytique par rapport au ZnO commercial. Les matériaux développés permettent de réduire la recombinaison des charges et, par conséquent, d’améliorer l’activité photocatalytique lors de la dégradation des polluants chimiques (acide salicylique, Orange II) et biologiques (bactéries) sous l’irradiation solaire. De plus, nous avons démontré la recyclabilité de ces catalyseurs sans traitement particulier. Dans la seconde partie de notre travail, nous avons étudié le mécanisme de la photocatalyse solaire sur une souche de référence E. coli MG 1655 en utilisant les bâtonnets ZnO soit en suspension soit immobilisés sur un support inerte. Les résultats montrent une perte de cultivabilité de la bactérie E. coli avec des dommages essentiellement localisés au niveau membranaire et des protéines, le matériel génétique restant intact. La réponse de trois souches bactériennes (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Salmonella enterica Typhi) au stress oxydant de la photocatalyse a montré des différences pouvant être attribués aux différences morphologiques, métaboliques et génétiques des souches (certaines souches peuvent se réactiver après traitement). Des études réalisées sur la souche Pseudomonas aeruginosa (ATCC 4114) montrent qu’il y a une perte de cultivabilité mais que la bactérie conserve sa capacité de se réactiver ainsi que ses caractères de virulence après traitement / In recent decades, the water pollution has become a problem worldwide. Indeed, the strong growth in water demand due to population growth as well as industrial developments, agricultural and urban, generates huge amounts of waste water discharges. These are released into nature with or without treatment and may constitute a danger via the transmission of diseases as well as for irrigation of lands that are surrounding the site of release. The objective of this study is the treatment of aqueous waste through the use of a new technology "heterogeneous photocatalysis." This method is based on the use of a semiconductor irradiated by a light source of appropriate wavelength and is simple to implement and inexpensive. ZnO / Fe2O3 semiconductors, ZnO morphology "nanorods" and Mn2+ doped ZnO were synthesized and tested in various photocatalytic applications. The results showed an improvement in catalytic efficiency compared to the commercial ZnO. The developed materials can reduce the recombination of charges and, therefore, improve the photocatalytic activity when the degradation of chemical pollutants (salicylic acid, Orange II) and biological (bacteria) under solar irradiation. Furthermore, we have demonstrated recyclability of these catalysts without specific treatment. In the second part of our work, we studied the solar photocatalysis mechanism on a reference strain E. coli MG1655 using ZnO nanorods either in suspension or immobilized on an inert support. The results show a loss of cultivability of E. coli with damage essentially localized in cell membranes and proteins. The genetic material remaining intact. The response of three bacterial strains (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Salmonella enterica Typhi) to oxidative stress of photocatalysis showed differences can be attributed to morphology, metabolism and genetics of each strain. (Some strains can be reactivated after treatment). Studies performed on the strain Pseudomonas aeruginosa (ATCC 4114) show that there is a loss of cultivability but that the bacterium retains its ability to activate its virulence and characters after treatment

La présente thèse a pour objectif d'étudier l'impact des dynamiques urbaines sur le niveau de contamination de l'environnement aquatique par les micropolluants. Le cas de la ville de Yaoundé (Cameroun) a été abordé à travers l'étude de la contamination du lac Municipal, situé à l'aval d'un petit bassin versant, et à proximité des centres administratif et commercial où se concentre une part importante de l'activité urbaine. L'approche basée sur l'analyse de contaminants persistants (ETM - Cd, Cu, Pb, Zn, PCB, HAP, nonylphenol - NP, parabènes - MeP, triclosan - TCS) dans des carottes datées de sédiments a été utilisée. Les ETM ont été extraits des sédiments par minéralisation partielle en milieu acide et à chaud, et analysés par ICP AES. Les micropolluants organiques ont été analysés par GC/MS (HAP, PCB, NP), et par LC/MSMS (parabènes, TCS) après extraction assistée par microondes et purification sur colonne de silice ou sur cartouche OASIS® HLB. L'analyse des parabènes et du TCS, des micropolluants émergeants, a conduit à la mise au point d'un protocole analytique. Les informations sur le fonctionnement urbain du bassin versant ont été obtenues grâce à une recherche documentaire depuis la création du lac en 1952 à 2010, et à des enquêtes effectuées auprès des ménages et des commerces. L'analyse des carottes a permis de retracer les apports en micropolluants organiques et métalliques depuis la création du lac Municipal en 1952. Trois périodes ont été définies en fonction de l'évolution des concentrations :• 1952 – 1964 - les concentrations en micropolluants varient peu, et sont généralement inférieures ou de l'ordre des limites de quantification. • 1964 – 1991 - les concentrations en micropolluants augmentent. • 1991 – 2010 – les concentrations de Cd, de Zn et de PCB cessent d'augmenter après 1991, et restent stables jusqu'en 2010. Les concentrations de Cu et de Pb augmentent jusqu'en 2010. La concentration des HAP est stable de 1991 à 2000, et augmente de nouveau jusqu'en 2010. Les concentrations les plus élevées de NP et de MeP sont mesurées à partir de 2000. En termes de flux, les pics ont été mesurés en 1991 pour les PCB, le Cd, le Pb et le Zn, en 2003 pour le NP et en 2010 pour les HAP, le Cu et le MeP. La période couvrant la crise économique de 1991 à 2000 est visible sur les profils de flux de tous les micropolluants. Ils sont stables pendant cette période et repartent à la hausse à partir de 2000 à l'exception des flux de PCB et de Cd. L'étude des concentrations et des flux de contaminants dans les sédiments du lac Municipal fait apparaître trois catégories de contaminants : le premier groupe formé par les PCB, le Cd, et le Zn est lié à la construction. Le second groupe formé par le Cu, le Pb et les HAP est lié au transport automobile. Le dernier groupe comprenant le NP et le MeP est lié aux nouveaux modes de consommation des populations. Contrairement au premier groupe de contaminants, les deux derniers groupes illustrent une contamination à l'échelle de la ville. De faibles concentrations ne présentant pas de risques écotoxicologiques ont été mesurées par rapport à d'autres régions du monde, à cause de la fonction principalement résidentielle du bassin versant et de son occupation par une population peu aisée. La présence du marécage situé en amont du lac a également un impact sur les niveaux de concentration. Des concentrations plus élevées que dans le lac y ont été mesurées, ce qui indique son rôle de rétention des contaminants / The aim of this study was to analyse the impact of urban dynamics on the receiving aquatic environment in tropical African conditions to better understand African environmental problems, often left aside by the research. As study site was chosen the upper part of the Mingoa watershed, one of the small and highly urbanized watersheds of Yaoundé city (Cameroon). The history of the impact was studied through the analysis of persistent and emerging pollutants in dated sediment cores (Cd, Cu, Pb, Zn, PCB, PAH, nonylphenol, parabens and triclosan), and the evolution of the watershed urban development. For trace elements analysis, sediment samples were digested with repeated additions of nitric acid (HNO3) and hydrogen peroxide (H2O2), and analysed ICPAES (inductively coupled plasma atomic emission). Organic contaminats were analysed by GC/MS (HAP, PCB, NP), and by LC/MSMS (parabens, TCS) after microwave extraction and purification on silica gel or OASIS HLB cartridges. A new method was developed for parabens and triclosan analysis in sediments. Informations about the Mingoa river watershed urban development from 1952 when the Municipal Lake was created to 2010 were obtained after a documentary research and local surveys (population and small businesses).The input of pollutants was traced from 1950 to 2010. Three periods were identified in sediment cores according to contaminants levels:• 1952-1964: contaminants concentrations were constant, and usually smaller than quantification limits. The watershed was not very urbanised during the last decade of the colonisation. The country independence was obtained in 1960.• 1964-1991: contaminants concentrations increased. The post colonial period is characterised by population growth and infrastructures development.• 1991-2010: concentrations of Cd, Pb, Zn and PCB stopped to increase after 1991 and remained constant until 2010. This period is characterized by the economic crisis (from the end of 80's to the end of 90's) with no investment in infrastructures. Sources analysis indicated that these contaminants were emitted by building activities. Cu and Pb concentration increased until 2010. PAH concentration remained constant between 1991 and 2000, and increased until 2010. A correlation was observed between Cu, Pb and PAH levels and traffic development in Yaoundé city. Cu and Pb were linked to the car fleet. Pb was also liked to gasoline use while PAH were linked to diesel use. Officially, Pb is no more used in gasoline since 2005. But that stop was not identified in our study. After 2005, we suggested that either it was too early to observe that stop, or another source of Pb could be the recycling of car batteries. Concerning PAH, ratios analyses indicated diesel as a possible source. The highest concentrations of nonylphenol and methylparaben were observed after 2000 due to an increase of the house and personal care products market. Contaminants fluxes were also analysed. Maxima were measured in 1991 for PCB, Cd, Pb and Zn, in 2003 for NP and in 2010 for PAH, Cu and MeP. Between 1991 and 2000, during the economic crisis, fluxes were constants. After 2000, fluxes increased again except for PCB and Cd.Contaminants levels observed in the Municipal Lake sediments were lower than in Western countries, and did not attain the limits set by Environmental protection agencies. This is mainly due to the residential function of the watershed, and the poor economic level of its population. We observed that the presence of a marsh upstream the lake also tempers the impact of the watershed on the lake ecosystem, because higher concentrations were mesasured in general

Réutiliser les eaux usées en irrigation agricole aide à répondre aux besoins croissants en eau, réduit leur décharge dans les eaux conventionnelles et participe à la fertilisation des sols. Les eaux usées d'origine domestique contiennent des virus entériques de l'homme responsables d'épidémies transmises par voies hydrique et alimentaire. Leur transmission aérienne avec maladie à la clé a été mise en évidence dans d'autres contextes, mais il existe peu d’études sur le devenir de virus déposés à la surface du sol ou de végétaux. Aussi cette thèse de Doctorat avait-elle pour objectifs d'évaluer et décrire (i) l'aérosolisation des virus préalablement apportés au sol par irrigation avec des eaux usées et (ii) leur inactivation dans l'atmosphère.Pour répondre à ces objectifs, des suivis expérimentaux ont été réalisés en conditions semi-contrôlées pour l'aérosolisation (virus déposés in situ sur des placettes de sol couvertes par des tunnels) et en conditions contrôlées pour l'inactivation (virus en réacteur atmosphérique de laboratoire). La souche MC0 du mengovirus murin a été utilisée pour l'ensemble des expérimentations. Elle a été multipliée sur des cellules BGM. La teneur en ARN viral a été suivie par RT-qPCR et, pour l'étude de l'inactivation, les virus infectieux ont été simultanément dénombrés par comptage de plages de lyse sur cellules BGM. Ces suivis ont été couplés au suivi des conditions environnementales (rayonnement global, température, humidité relative de l'air, teneur en O3, auxquels s'ajoutent l'humidité et la température de surface du sol pour l'étude de l'aérosolisation). Ces travaux ont nécessité de concevoir un nouveau réacteur atmosphérique, d'évaluer les performances de biocollecteurs (Impingers et filtres), et d’améliorer le dénombrement des virus infectieux.Un modèle a été proposé pour décrire l'aérosolisation d'un ou plusieurs pools de virus aérosolisables, chacun étant caractérisé par sa taille et un coefficient cinétique d'aérosolisation. Nous l'avons utilisé pour générer des expériences numériques reproduisant la variabilité des mesures réelles, et pour ajuster à ces expériences numériques des simulations portant soit sur l'aérosolisation cumulée soit sur l'aérosolisation « instantanée ». Les ajustements sur l'aérosolisation instantanée donnent des estimations plus précises du coefficient cinétique d'aérosolisation ; il n'en va pas forcément de même pour l'estimation de la quantité de virus aérosolisables. Un modèle de dépendance du coefficient d'inactivation à l'humidité relative de l'air a été proposé.Eu égard à l'aérosolisation des virus à partir du sol, les Impingers donnent des aérosolisations estimées plus élevées que les membranes en raison de différences de piégeage et/ou d'extraction. Toutefois, ils ne piègeraient qu'environ 77 % des virus et relargueraient des virus piégés avec un coefficient de réaérosolisation de 0.11. Ces imperfections aboutissent à des estimations des quantités de virus aérosolisés environ 2 fois moins élevées qu'en réalité ; à l'inverse, elles n'affectent pas les estimations des coefficients cinétiques d'aérosolisation. Sans tenir compte de ce biais, entre 1 et 10% des virus apportés ont été aérosolisés. À notre connaissance, c'est la première mise en évidence d'un tel phénomène. On distingue un pool de virus aérosolisés quasi-instantanément (environ 1/3 des virus aérosolisés) d'un pool de virus aérosolisés de manière cinétique. Pour ce dernier pool, la constante cinétique d'aérosolisation varie entre 0.007 et 0.21 h-1 : 90 % des virus du pool cinétique sont aérosolisés au bout de respectivement 13 j et 11 h dans nos conditions. La taille du pool cinétique est bien prédite à partir de la vitesse du vent, de la température de surface du sol et de la nature de l'eau d'irrigation. / Wastewater reuse for agricultural irrigation allows coping increasing water requirements, reduces wastewater discharge in conventional water bodies, and contributes to soil fertilization. Wastewaters of domestic origin are contaminated with human enteric viruses responsible for waterborne and foodborne outbreaks. Air transmission of viruses that leads to diseases has been noted in other contexts, but nothing is known about the fate of viruses brought at the surface of the soil. The aims of this PhD thesis were to assess and describe the aerosolization of viruses previously brought to the soil surface by wastewater irrigation, and their inactivation in the atmosphere.To fulfil these objectives, experiences were performed in semi-controlled conditions for aerosolization (viruses brought in situ on soil small plots covered by wind tunnels) and in controlled conditions for inactivation (viruses in laboratory atmospheric reactor). The MC0 murine mengovirus strain was used for all these experiences. It was propagated on BGM cells. The viral RNA content was monitored by RT-qPCR; for inactivation studies, infectious viruses were simultaneously enumerated by plaque assay on BGM cells. Variations in the total or infectious virus numbers were analyzed with regard to variations in global radiation, air temperature and relative humidity, O3 concentration, as well as soil surface moisture and temperature. This work required to design a new laboratory atmospheric reactor, to assess the performance of air biocollectors (impingers and membranes), and to optimize method for infectious virus enumeration.A model has been proposed to describe the aerosolization of one or some pools of viruses, each of these pools being characterized by its size and a kinetic coefficient of aerosolization. We used it to generate numerical experiences having the same variability as actual measurements, and to fit simulations of either cumulative or "instantaneous" aerosolized virus quantities to these numerical experiences. Fitting simulations to "instantaneous" aerosolized virus quantities leads to more precise estimates of the kinetic coefficient of aerosolization; it didn't lead to better estimates of the total amount of viruses that could be aerosolized. A relationship between the kinetic coefficient of virus inactivation and air relative moisture has also been proposed.Dealing with virus aerosolization from the soil, the amount of aerosolized viruses estimated from impinger data were higher than those estimated from membrane data, because of differences in trapping and/or latter extraction. Impingers would have trapped about 77% of air virus and virus re-aerosolization from Impingers would have concerned about 11% of the trapped viruses every hour. These limits would have resulted in estimates of the total amount of viruses that could be aerosolized about 2 times lower than in reality; conversely, they do not affect the estimates of the kinetic coefficient of aerosolization. Regardless of this bias, between 1 and 10% of viruses supplied to the soil were aerosolized. To our knowledge, this is the first evidence of such a phenomenon. We distinguish a pool of viruses that could be aerosolized nearly instantaneously (about 1/3 of aerosolized viruses) from a pool of viruses that would be aerosolized kinetically. For this last pool, the kinetic aerosolization coefficient varied between 0.007 and 0.21 h-1: 90% of the viruses belonging to the kinetic pool would be aerosolized after 13 days or 11 hours, respectively. The total amount of viruses belonging to the kinetic pool is correctly predicted by a model accounting simultaneously for the wind, the soil surface temperature and the type of irrigation water.

La présente thèse a pour objectif d'étudier l'impact des dynamiques urbaines sur le niveau de contamination de l'environnement aquatique par les micropolluants. Le cas de la ville de Yaoundé (Cameroun) a été abordé à travers l'étude de la contamination du lac Municipal, situé à l'aval d'un petit bassin versant, et à proximité des centres administratif et commercial où se concentre une part importante de l'activité urbaine. L'approche basée sur l'analyse de contaminants persistants (ETM - Cd, Cu, Pb, Zn, PCB, HAP, nonylphenol - NP, parabènes - MeP, triclosan - TCS) dans des carottes datées de sédiments a été utilisée. Les ETM ont été extraits des sédiments par minéralisation partielle en milieu acide et à chaud, et analysés par ICP AES. Les micropolluants organiques ont été analysés par GC/MS (HAP, PCB, NP), et par LC/MSMS (parabènes, TCS) après extraction assistée par microondes et purification sur colonne de silice ou sur cartouche OASIS® HLB. L'analyse des parabènes et du TCS, des micropolluants émergeants, a conduit à la mise au point d'un protocole analytique. Les informations sur le fonctionnement urbain du bassin versant ont été obtenues grâce à une recherche documentaire depuis la création du lac en 1952 à 2010, et à des enquêtes effectuées auprès des ménages et des commerces. L'analyse des carottes a permis de retracer les apports en micropolluants organiques et métalliques depuis la création du lac Municipal en 1952. Trois périodes ont été définies en fonction de l'évolution des concentrations :* 1952 - 1964 - les concentrations en micropolluants varient peu, et sont généralement inférieures ou de l'ordre des limites de quantification. * 1964 - 1991 - les concentrations en micropolluants augmentent. * 1991 - 2010 - les concentrations de Cd, de Zn et de PCB cessent d'augmenter après 1991, et restent stables jusqu'en 2010. Les concentrations de Cu et de Pb augmentent jusqu'en 2010. La concentration des HAP est stable de 1991 à 2000, et augmente de nouveau jusqu'en 2010. Les concentrations les plus élevées de NP et de MeP sont mesurées à partir de 2000. En termes de flux, les pics ont été mesurés en 1991 pour les PCB, le Cd, le Pb et le Zn, en 2003 pour le NP et en 2010 pour les HAP, le Cu et le MeP. La période couvrant la crise économique de 1991 à 2000 est visible sur les profils de flux de tous les micropolluants. Ils sont stables pendant cette période et repartent à la hausse à partir de 2000 à l'exception des flux de PCB et de Cd. L'étude des concentrations et des flux de contaminants dans les sédiments du lac Municipal fait apparaître trois catégories de contaminants : le premier groupe formé par les PCB, le Cd, et le Zn est lié à la construction. Le second groupe formé par le Cu, le Pb et les HAP est lié au transport automobile. Le dernier groupe comprenant le NP et le MeP est lié aux nouveaux modes de consommation des populations. Contrairement au premier groupe de contaminants, les deux derniers groupes illustrent une contamination à l'échelle de la ville. De faibles concentrations ne présentant pas de risques écotoxicologiques ont été mesurées par rapport à d'autres régions du monde, à cause de la fonction principalement résidentielle du bassin versant et de son occupation par une population peu aisée. La présence du marécage situé en amont du lac a également un impact sur les niveaux de concentration. Des concentrations plus élevées que dans le lac y ont été mesurées, ce qui indique son rôle de rétention des contaminants

Le rejet des nutriments (phosphates et nitrates) issues des eaux usées domestiques entraînent la dégradation des écosystèmes (74 % du territoire français concerné en 2006). Compte tenu de la situation, l'Etat français a promulgué la Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques le 30décembre 2006 qui vise à atteindre le " bon état écologique des eaux et des milieux aquatiques " d'ici 2015. Cette notion bien que difficilement intégrable a généré des normes plus strictes pour les stations d'épuration en termes de rejet de nutriments vers le milieu récepteur (jusque 15 mg NTOT.L-1 et 2 mg PTOT.L-1). Depuis la fin des années 1990, la technologie des filtres plantés de roseaux (FPR) est de plus en plus employée(> 2500 unités en 2012) pour le traitement des eaux usées domestiques des petites collectivités inférieures à 2000 Equivalent-Habitants. Cependant, des limites de traitement existent sur les concentrations résiduelles en azote (rejet de 70-80 mg NTOT.L-1) et en phosphore (rejet> 10 mg PTOT.L-1), en vue de répondre à la réglementation future. Ce travail a eu pour objectif de mettre en oeuvre des améliorations telles que la recirculation sur un étage de traitement pour le traitement de l'azote d'une part et l'emploi de matériaux réactifs pour piéger le phosphore d'autre part. La démarche scientifique expérimentale déployée a consisté à suivre des pilotes sur site réel et en laboratoire pendant 2 années. Le suivi des performances épuratoires et hydrauliques a été réalisé au cours du temps. Pour l'azote, 2 FPR (2,5 m²) garnis de schiste expansé (Mayennite®) ont été alimentés en effluent brut. L'effet de la hauteur de saturation en eau dans la partie drainante ainsi que l'effet de la recirculation ont été étudiés. Les résultats obtenus ont montré : une couche saturée à 38 % (rapporté à la hauteur totale) et un ratio de recirculation de 100 % permettent une meilleure élimination de la matière particulaire-carbonée (Arrêté du22 juin 2007) et de l'azote (< 20 mg NTK.L-1 ; < 45 mgNTOT.L-1). Deux laitiers de four à arc électrique ont été sélectionnés pour le traitement du phosphore. Ceux-ci ont été mis en œuvre dans 5 colonnes (6 L) en laboratoire alimentées en effluent synthétique en phosphore puis secondaire et dans 4 filtres réactifs pilote (0,3 m² ; 34 L) à flux horizontal sous surfacique alimentés en effluent secondaire. Il ressort de ces expériences: (i) des disparités existent entre les deux échelles en termes de performances (< 2 mg P.L-1 pendant 20 mois en colonne et variation saisonnière des performances en pilote) et mécanismes épuratoires (adsorption/précipitation P-Caen colonne ; P-Ca + P-Fe en pilote), (ii) l'augmentation de la température (> 15 °C) et/ou du temps de séjour (48h et plus) améliore la cinétique d'élimination du phosphore à échelle pilote et (iii) l'implantation d'un filtre réactif garni de laitier de four à arc électrique est limité par le degré de traitement souhaité et la distance du futur chantier (coût du transport).

Les rejets urbains par temps de pluie entraînent des dégradations importantes dans les milieux récepteurs où ils sont rejetés sans traitement préalable. Parmi les campagnes de mesure françaises, effectuées depuis les années 70 à l'exutoire de bassins séparatifs ou unitaires, 17 d'entre elles ont été sélectionnées pour être intégrées dans la base de données constituée au CERGRENE avec l'aide financière de l'Agence de l'Eau Seine-Normandie. Son exploitation a pour objectifs de caractériser la pollution rejetée par temps de pluie (évaluation de masses annuellement rejetées, identification des caractéristiques des événements pluvieux les mieux reliées aux concentrations et aux masses par événement, description des événements les plus pollués, répartition de la masse en cours d'écoulement) et de fournir des éléments sur les dimensions des ouvrages de traitement. Il a fallu tout d'abord reconstituer les caractéristiques des événements pluvieux qui manquaient (volume écoulé, concentration moyenne ou masse produite). Pour cela, des équations de régression ont été établies site par site. Les ajustements obtenus ne sont pas tous de bonne qualité, à cause du nombre réduit de mesures disponibles ou du type des événements utilisés. Quand ils ne sont pas représentatifs de l'ensemble des événements de la campagne, la fiabilité des équations n'est pas assurée et leur domaine d'application ne contient pas tous les événements. Les masses annuelles ont pu être évaluées pour chaque site grâce aux reconstitutions précédentes. L'emploi des équations de régression a permis d'établir des intervalles de confiance autour des valeurs. Ces intervalles sont souvent très larges, et le nombre de sites est assez restreint. Par conséquent, la seule relation qui apparaît est celle qui est la plus évidente et qui existe entre les masses annuelles et les surfaces des sites. Concernant la répartition des masses de pollution en cours d'écoulement, leur forme est très variable d'un événement à un autre, sur un site donné. En moyenne, la pollution contenue dans la première partie de l'écoulement est légèrement supérieure à celle de la deuxième partie. Il y a néanmoins un nombre non négligeable d'événements pour lesquels la majeure partie de la masse de pollution est rejetée en fin d'écoulement. Lorsqu'on compare les sites, la pollution contenue dans les premiers flots (dans 20% de l'écoulement) varie sur les sites unitaires dans des intervalles qui sont les mêmes que sur les sites séparatifs. Pour traiter les rejets urbains de temps de pluie, des ouvrages de décantation (par stockage ou par traitement au fil de l'eau) sont reconnus être des outils efficaces. Nous avons calculé la masse interceptée par des ouvrages fictifs en faisant varier leurs dimensions (respectivement volume de stockage ou débit de traitement suivant le type d'ouvrage). Les reconstitutions utilisées conduisent à des intervalles de confiance très larges. Les résultats dépendent de la période de retour des événements pluvieux qui ont été utilisés. En première approximation, pour intercepter 80% de la masse produite sur une durée d'environ un an, il faut des volumes de l'ordre de 100 m3/ha act ou des débits de l'ordre de 10 1/s/ha act. Pour préciser ces chiffres, il faudrait disposer de longues séries d'événement de plusieurs années. Il serait alors possible en fonction de l'objectif (par exemple intercepter l'événement dont la période de retour est fixée ou intercepter la pollution rejetée pendant une année de pluviométrie moyenne) d'indiquer quelle dimension est la plus efficace.

Le premier volet de la présente étude vise à évaluer la performance du réacteur biologique à support fluidisé SMBRMD avec garnissage PEENOX MD pour l'épuration des eaux usées de la Municipalité de Mont-Saint-Grégoire (MMSG). Ce système comprend deux réacteurs à biomasse fixe disposés en série, suivis d'un décanteur. Conformément aux critères de suivi de démonstration du MDDEP, cette nouvelle technologie a été analysée sur une période d'un an (de juin 2009 à mai 2010). Le suivi a permis de mieux comprendre les processus impliqués dans le réacteur en fonction des conditions environnementales et de la qualité de l'affluent. Une fois le système stabilisé, il a été démontré que le premier réacteur était très efficace pour l'enlèvement de la matière organique, où des taux d'abattement de 78 ± 21 et 89 ± 18 % ont été observés pour la DCO S et la DBOC5S , respectivement. Aussi, les deux réacteurs SMBR ont permis un enlèvement de l'azote ammoniacal de 99 ± 1 %. La nitrification, présente dans les deux réacteurs, était responsable de l'enlèvement de l'azote ammoniacal à 67 ± 19 %. Globalement, la performance observée à l'usine depuis l'implantation des réacteurs SMBR est supérieure à celle mesurée avec le système précèdemment utilisé, soit les biodisques. De plus, les paramètres à l'effluent sont davantage constants. Le deuxième volet du projet aborde le traitement par coagulation et floculation de l'eau usée échantillonnées à l'usine de la MMSG. L'efficacité déphosphotante de l'alun a d'abord été évaluée en laboratoire, sous des conditions expérimentales contrôlées, et comparée à celle observée à la MMSG. Puis, l'influence des conditions de mélange et de la concentration en MES sur la performance de l'alun a été analysée. Par la suite, le pouvoir déphosphatant de deux solutions de chitosane, un polymère biodégradable et non toxique issu de la chitine, a été examiné. Toutefois, le chitosane ne permettant pas d'abattre les fractions dissoutes de phosphore, l'utilisation simultanée du chitosane et de l'alun a été considéré Ainsi, deux des trois solutions de chitosane utilisées permettent de diminuer les dosages d'alun requis pour l'atteinte des exigences de rejet, réduisant par le fait même la teneur en sulfates et en aluminium dans les biosolides. De plus, pour un dosage donné d'alun, ces solutions de chitosane permettent de réduire la concentration en aluminium du surnageant. Malheureusement, les tests ne permettent pas d'associer le pouvoir déphosphatant du chitosane à son degré de déacétylation ou à son poids moléculaire.

Le but de cette étude est de comprendre l’effet d’une irrigation par les eaux usées et /ou de la fertilisation par les engrais chimiques sur la productivité aérienne et souterraine d’une plantation de saule Salix miyabeana SX67 en CICR dans un contexte de filtre végétal. Nous avons d’une part évalué l’impact de diverses doses d’eau usées et/ou de la fertilisation minérale sur les rendements en biomasse ligneuse d’une culture de saules au cours d’un cycle de croissance de deux ans. D’autre part et pour la même période nous avons comparé le développement racinaire (biomasse, morphologie et distribution dans le sol) suite aux divers traitements. Les résultats ont montré qu’au terme de deux ans de croissance, les traitements par les eaux usées aussi bien que celle par les engrais a permis l’augmentation des rendements de la biomasse aérienne de notre culture de saules avec un effet plus prononcé suite au traitements des eaux usées qu’à celui du fertilisant chimique. Nous avons mesuré des productivités en biomasse aussi élevées que 39,4 Mg ha-1 et 54,7 Mg ha-1 et ce pour les parcelles qui ont reçu la plus grande quantité d'eaux usées, respectivement pour les saules non fertilisé et fertilisé (D3-NF et D3-F). La majeure partie du système racinaire était en superficie avec 92-96% des racines (racine fine et racine grosse) concentrées dans les premiers 40 cm de sol et nous avons trouvé que la biomasse des racines fines était comprise entre 1,01 et 1,99 Mg ha-1. Généralement la fertilisation chimique n’a pas eu d’effet sur les rendements en biomasse des racines totales et/ou fines. Bien que l’irrigation par les eaux usées ait entraîné une réduction statistiquement significative de la biomasse racinaire, néanmoins cette réduction n'était pas linéaire (avec une réduction de la biomasse de D0 à D1, une augmentation de D1 à D2 pour réduire de nouveau de D2 à D3). Cette tendance porte à penser qu'au-delà d'une certaine quantité d'eau et de nutriments (suite à l’irrigation par les eaux usées), le développement du système racinaire des saules est affecté négativement, et bien que la biomasse aérienne soit restée élevée sous le traitement D3, nous pensons que le développement de la plante a été quelque peu déséquilibré. Aucun changement significatif n'a été constaté dans les traits morphologiques liés à l'irrigation par les eaux usées. / The aim of this study was to understand the effect of both wastewater and/or mineral fertilisation on above- and belowground biomass of a Salix miyabeana SX67 willow SRC in a filter vegetation context. We firstly assessed the impact of various doses of wastewater and/or mineral fertilization on biomass yield after two season growth. On the other hand and during the same period we estimated root production and assessed vertical root distribution and roots morphology in response to various treatments doses. The results showed that after two years of growth both mineral fertilization and wastewater sewage fertilization enhanced willow aboveground biomass yields, with a more accurate effect due to wastewater irrigation than the mineral fertilization. We recorded high biomass yields such as 39.4 Mg ha-1 and 54.7 Mg ha-1 respectively for unfertilized and fertilized plants plots which benefits with the largest amount of wastewater (D3-NF and D3-F). We found that most of the roots were contained in top soil layers with 92-96% of the total roots (including fine and coarse roots) concentrated within the first 40 cm of soil depth, fine root biomass ranged between 1.01 and 1, 99 Mg ha-1. Neither mineral fertilization nor wastewater sewage irrigation showed an effect on total or fine roots biomass yields. Although we found a statistically significant decrease prior to wastewater treatments, this reduction was not linear (with a decrease of the biomass from D0 to D1, increased from D1 to D2 to go down again from D2 to D3). This pattern suggests that beyond a certain amount of water and nutrients (due to irrigation with wastewater) the development of the willow root system is negatively affected, and although the aboveground biomass remained high in the D3 treatment, we believe that the development of the plant was somewhat unbalanced. No significant changes were found in the deep morphological traits related to irrigation with sewage wastewater.

Ce travail a permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur la micropollution issue de l'activité domestique. Un état des lieux a été réalisé sur la présence de certains micropolluants dans les eaux usées (dans les phases liquide et solide) de deux zones urbaines, résidentielle et mixte (habitats, hôpital, administrations), et dans deux stations d'épuration (STEP) biologiques. Les micropolluants étudiés ont été choisis selon leurs usages et en fonction de leurs propriétés physico-chimiques afin de mieux appréhender leur répartition entre les phases liquides et solides. Dans un premier temps, les méthodes d'extraction et d'analyse des micropolluants dans les matrices liquides (eau usée et eau traitée) et solides (matières en suspension et boue) ont été développées et validées. Les prélèvements d'eaux usées dans les égouts des deux zones urbaines ont mis en évidence différents usages de certains composés en fonction de la zone urbaine et de la saison (été ou hiver). Les mesures des concentrations en micropolluants en entrée et en sortie de STEP dans les eaux et les boues ont permis d'évaluer leurs rendements d'élimination et ont révélé une différence d'efficacité entre les deux STEP biologiques. Une étude statistique a montré qu'il existe des corrélations entre les concentrations en micropolluants et en macropolluants (DCO, ammonium, et turbidité) en entrée et en sortie de chacune des STEP étudiées. L'effet des micropolluants sur l'activité bactérienne a été examiné en conditions de laboratoire par des tests de toxicité sur Escherichia coli et par des expériences sur la biomasse de STEP en réacteur batch / This work allowed to acquire new knowledge on micropollution issued from household activities. The occurrence of some micropollutants in urban wastewater (liquid and solid phases) of two urban areas, residential and mixed (houses, hospital, administrations), and in two biological wastewater treatment plants (WWTPs) was assessed. The studied micropollutants were chosen according to use and as function of their physical and chemical properties in order to consider their partitioning between liquid and solid phases. Firstly, the methods for the extraction and the analysis of micropollutants in liquid and solid matrices (wastewater and treated water, suspended matter and sludge) were developed and validated. Wastewater sampling in the sewers of the two urban catchments showed some differences of the use of certain compounds according to the catchment and to the season (summer or winter). Measurements of micropollutant concentrations at the inlet and outlet of the plants, on water and sludge, allowed to assess their removal yields and revealed a difference of efficiency of the two biological WWTPs. A statistical treatment showed that there are some correlations between concentrations of micro and macropollutants (COD, ammonium and turbidity) at the inlet and at the outlet of each studied WWTPs. The effect of the target micropollutants on bacterial activity was evaluated under laboratory conditions, by toxicity tests on Escherichia coli, and by experiments on biological sludge in batch reactors