Les rejets de phosphore en milieux aquatiques ont le potentiel de conduire à l’eutrophisation d’un plan d’eau et sont la principale cause des proliférations de cyanobactéries (algues bleues), dont la dégradation entraîne la libération de toxines (cyanotoxines), nocives pour la santé humaine et animale. Le phosphore contenu dans les eaux usées municipales est donc particulièrement visé par un resserrement des exigences de rejet qui risque de rendre inadéquats certains systèmes épuratoires actuellement utilisés. Des travaux ont été réalisés afin de développer un traitement simple au niveau opérationnel tout en étant assez performant pour abaisser la concentration en phosphore d’une eau usée municipale concentrée à 5,0 mg Ptot/l à des valeurs de 0,3 mg Ptot/l. L’approche retenue consiste en l’utilisation d’un média filtrant innovateur permettant une prise en charge passive du phosphore. Ce média filtrant est constitué de sous-produits du bois activés par une imprégnation d’hydroxyde de fer, substance qui possède une forte affinité chimique avec le phosphore. Des travaux ont d’abord permis de cibler un procédé permettant d’activer efficacement les sous-produits du bois selon une procédure qu’il a fallu mettre au point. Par la suite, différents montages ont été élaborés afin d’être en mesure d’activer des quantités suffisantes de médias filtrants permettant de mener des essais en colonnes. Une première série d’essais a été réalisée sur des colonnes de biofiltration. Les performances observées ont été intéressantes, mais non suffisantes pour atteindre la valeur cible de 0,5 mg Ptot/l. Une série d’essais supplémentaires a donc été réalisée dans le but d’optimiser l’utilisation du média filtrant. À partir des connaissances acquises lors de ces essais d’optimisation, des essais en colonnes ont permis d’abaisser la concentration d’une solution contenant 5 mg/l de phosphore à des valeurs inférieures à 0,2 mg Ptot/l sur une période de 80 jours. Ces essais ont démontré que le média filtrant était en mesure d’accumuler une quantité de phosphore minimale de 13,5 mg Ptot/gsec, ce qui est très performant pour ce type de procédé. / Phosphorus discharges in aquatic systems have the potential to lead to eutrophication of a waterbody. Moreover, this nutrient is the main cause of cyanobacteria’s bloom (blue-green algae), whose degradation liberates toxic compounds (cyanotoxins), harmful to animal and human’s health. Phosphorus contained in municipal wastewater will soon be subject to a tightening of discharge requirements which will make unsuitable a lot of currently used wastewater treatment plant. Researches have been realized to develop a simple treatment on the operational aspect is effective enough to reduce wastewater’s phosphorus concentration from 5.0 mg Ptot/l to 0.3 mg Ptot/l. The principle of the chosen method consists in the use of a filter media that allows passive phosphorus entrapment. This filter media is made of wood’s by-products which are activated by impregnation of iron hydroxide, a substance having a strong chemical affinity with phosphorus. Works were first allowed to target a process to effectively activate wood’s by-products according to a procedure that has been developed. Thereafter, different experimental settings have been developed in order to be able to activate sufficient amounts of filter media to perform column tests. A first series of tests was performed on biofiltration columns. Observed performances were interesting, but not sufficient to achieve the target value of 0.5 mg Ptot / l. Additional tests were therefore performed in order to optimize the use of the filter media. Based on the knowledge gained from these optimization tests, column trials have lowered the phosphorus concentration of a solution containing 5 mg Ptot/l to values below 0.2 mg Ptot/l over a period of 80 days. These tests showed that the filter media was able to accumulate an amount of phosphorus in the range of 13,5 mg Ptot/gdry, which is very effective for this kind of process.

La pollution des eaux usées contaminées par les métaux lourds constitue une problématique environnementale sérieuse et par conséquent une préoccupation mondiale. Plusieurs techniques sont utilisées pour éliminer les métaux lourds, mais l'adsorption s'impose comme étant l'approche la plus efficace, la plus simple et la moins coûteuse tout en respectant l'environnement. Les rejets agroalimentaires étant riches en fibres ils contiennent des groupes fonctionnels qui peuvent être utilisés pour adsorber les métaux lourds et par conséquent assainir les eaux contaminées par le Pb. Dans ce contexte, la présente étude s'est concentrée sur l'adsorption du Pb d'une eau distillée contaminée au Pb en utilisant trois rejets agroalimentaires (biosorbants). L'objectif de cette étude vise la valorisation de trois rejets agroalimentaires (pelures de banane, écorces de citrouille et écorces de melon jaune) pour adsorber le Pb d'une eau contaminée artificiellement par du nitrate de Pb. Les résultats obtenus montrent que les trois rejets agroalimentaires adsorbaient efficacement le Pb. Pour une concentration initiale de 3 000 ppm de Pb, 86,5, 84,1% et 86,2 % ont été adsorbés respectivement par les écorces de citrouilles en 5 min, par les écorces de melon jaune en 60 min et par les pelures de banane en 240 min. La différence de comportement des trois rejets peut être tributaire de leurs propriétés physicochimiques. La composition de chaque biosorbant a joué un rôle important dans le processus d'adsorption. Pour bien mener cette étude, l'objectif spécifique était d'examiner l'effet : i) de la concentration initiale du Pb, ii) du ratio (masse de biosorbant/ml de solution de Pb), et iii) et du temps de contact entre le Pb (adsorbat) se trouvant en solution et les biosorbants sur le taux d'adsorption de Pb. En général, ces résultats confirment la possibilité d'utiliser ces rejets comme une approche prometteuse pour l'assainissement des eaux contaminées par le Pb. / The pollution of wastewater contaminated by heavy metals constitutes a serious environmental problem and therefore a global concern. Several techniques are used to eliminate heavy metals, but adsorption stands out as the most effective, simple and least expensive approach while respecting the environment. Agri-food waste being rich in fibers contains functional groups which can be used to adsorb heavy metals and consequently purify water contaminated by Pb. In this context, the present study focused on the adsorption of Pb d distilled water contaminated with Pb using three agri-food wastes (biosorbents). The objective of this study aims to valorize three agri-food wastes (banana peels, pumpkin peels and yellow melon peels) to adsorb Pb from water artificially contaminated with Pb nitrate. The results obtained show that the three agri-food waste efficiently adsorbed Pb. For an initial concentration of 3,000 ppm of Pb, 86.5, 84.1% and 86.2% were adsorbed respectively by pumpkin peels in 5 min, by yellow melon peels in 60 min and by banana peels in 240 min. The difference in behavior of the three releases may be dependent on their physicochemical properties. The composition of each biosorbent played an important role in the adsorption process. To properly carry out this study, the specific objective was to examine the effect of: i) the initial concentration of Pb, ii) the ratio (mass of biosorbent/ml of Pb solution), and iii) and the time of contact between the Pb (adsorbate) found in solution and the biosorbents on the Pb adsorption rate. In general, these results confirm the possibility of using these discharges as a promising approach for the remediation of water contaminated by Pb.

L'objectif de ce travail a consisté à identifier des polluants émergents dans des eaux usées issues de stations d'épuration ainsi que dans le milieu naturel et à proposer une méthode de remédiation et un suivi de ces polluants. Dans un premier temps, nous avons identifié les polluants organiques contenus dans les échantillons d'eaux usées et issues du milieu naturel par chromatographie en phase liquide ou gazeuse couplée à une spectrométrie de masse, chromatographie en phase gazeuse par espace de tête statique et par spectrométrie par torche à plasma couplée à une spectrométrie de masse. Différents polluants ont été trouvés tels que les phtalates, des substances médicamenteuses, le cholestérol et des éléments de traces métalliques. Dans le but de piéger ces polluants, différents polymères de cyclodextrine (CD) solubles et insolubles dans l'eau ont été synthétisés et leurs capacités d'adsorption ont été évaluées. Après adsorption sur les polymères de CD, nous avons observé une diminution de la teneur en carbone organique total (COT) de l'effluent. Ces polymères se sont révélés être des adsorbants efficaces. Dans un second temps, des verres du système pseudo-ternaire Agl-HgS-As₂S₃ ont été synthétisés en ajoutant le composé le composé Agl dans le système pseudo-binaire HgS-As₂S₃. Ces verres de chalcogénures sont des membranes ionosélectives permettant de détecter les ions Hg²⁺ dans les effluents. Tout d'abord, nous avons défini le domaine vitreux des verres à l'aide de la diffraction des rayons X, ensuite les propriétés macroscopiques des verres ont été déterminées. Ainsi, les propriétés de transport ont été étudiées à l'aide de la spectroscopie d'impédance complexe montrant que l'ajout d'Agl dans le verre pseudo-binaire HgS-As₂S₃ provoque une augmentation de la conductivité ionique. Afin de comprendre ce phénomène, diverses études structurales ont été déployées par spectroscopie Raman, diffraction de neutrons et de rayon X haute énergie. Ces techniques ont montré que l'évolution de la conductivité ionique est dépendante de la structure du verre qui forme des chemins préférentiels de conduction. Enfin, différents capteurs avec différentes compositions sont testés afin de définir la sensibilité, la limite de détection et les coefficients de sélectivité en présence d'ions interférents. / The aim of this work was to identify the emerging pollutants in the effluents of wastewater treatment plants as well as in the natural environment, and to propose a method of remediation and monitoring of these pollutants. In the first part of the thesis, we have identified the organic pollutants contained in the wastewater samples using (i) gas and/or liquid chromatography coupled with a mass spectrometry, (ii) static-headspace gas chromatography, and (iii) inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Different pollutants were found such as phthalates, drugs, cholesterol, and heavy metal traces. In order to trap these pollutants, various water soluble/insoluble cyclodextrin β-CD polymers have been synthesized and their adsorption capacities were evaluated. After the analysis of the effluent samples, we observed a decrease of the Total Organic Carbon (TOC). This decrease was attributed to the adsorption of pollutant by CD polymers which have proven to be effective adsorbents. The second part of the thesis included two main sub-parts : (i) a synthesis and characterization part and (ii) an application part. In the first sub-part, chalcogenide glasses in the pseudo-ternary Agl-HgS-As₂S₃ system have been synthesized by adding silver iodide "Agl" to the quasi-binary HgS-As₂S₃ system. The vitreous domain and the macroscopic properties of glass samples were determined. Electrical conductivity of glasses was studied using both the complex impedance spectroscopy and resistivity measurements ; it was found that adding Agl to the quasi-binary HgS-As₂S₃ alloy causes an increase in the ionic conductivity. Structural studies, using various techniques as Raman spectroscopy, neutron scattering and high-energy X-ray diffraction, have been performed in order to decipher the relation between both structural and transport properties in these glasses. In the second sub-part, the obtained glasses in the ternary system were used as membranes in chemical sensors dedicated to mercury detection in aqueous solution. As a result, various sensors with different compositions were tested to determine their corresponding sensitivity, detection limit and selectivity coefficients in the presence of interfering ions.

Depuis le début des années 2000, la station d’épuration n’est plus seulement perçue comme une installation industrielle traitant les eaux résiduaires urbaines afin d’en minimiser leurs impacts sur le milieu naturel, mais aussi comme un moyen de récupérer des ressources : eau, nutriments, énergie. Ce travail de thèse traite de cette dernière ressource, l’énergie. Comment tendre vers la station d’épuration auto-suffisante en énergie, voire encore productrice d’énergie sans en affecter l’efficacité de traitement? A l’aide d’une filière de traitement ancienne revisitée : le procédé A/B (Adsorption/Bio-oxydation), le bilan énergétique de la station peut tendre vers la neutralité en réduisant les demandes liées à l’aération et en optimisant la production de biogaz. Ce travail de doctorat se concentre principalement sur la méthanisation des boues issues de ce procédé A/B afin d’en connaître leurs caractéristiques et leur digestibilité, de les comparer avec la digestion anaérobie de boues davantage connues et enfin d’utiliser ces résultats pour dresser le bilan énergétique du procédé A/B, ceci à partir des données récoltées sur un pilote de 50 m3/j installé sur la station d’épuration de Kranji à Singapour. Les boues A et B présentent respectivement les productions spécifiques de méthane respectives de 290 et 135 LCH4/kgMVentrante en conditions mésophiles. Le procédé A/B avec ses deux étages de boues activées permet de capter un maximum de carbone en première étape de traitement pour le transférer directement en digestion. En effet, la production totale de boues provient à 90% des boues A et seulement à 10% des boues B ce qui porte à 95% la production de méthane attribuée aux boues A. Ces résultats induisent une production d’énergie supérieure par rapport à une filière de traitement conventionnelle avec un seul étage de boues activées. Par ailleurs, ce procédé permet de diminuer les besoins en aération pour le traitement des pollutions carbonée et azotée, tout en gardant les mêmes efficacités de traitement. Il est ainsi possible de conclure que la filière de traitement des eaux usées en procédé A/B présente un degré d’efficacité énergétique proche de 300% (ratio entre l’énergie électrique produite à partir du biogaz et la consommation énergétique liée à l’aération), ce qui représente 73% d’auto-suffisance énergétique globale en considérant le cas de la station de Kranji en boues activées conventionnelles traitant les pollutions en carbone et en azote. / Since the early 2000’s, wastewater treatment plants (WWTP) have not been only seen as a mean to reduce the impact of the harmful emissions towards water bodies but also as a way to recover the resources contained in the raw wastewater: water, nutrients and energy. This doctorate seeks to study the latter one. How to tend to the energy self-sufficient or even energy positive WWTP without altering its treatment efficiencies? Using an old wastewater treatment process: the A/B process (Adsorption/Bio-oxidation) and state-of-the-art technologies, the energy autarky of a WWTP can become a reality by reducing its electricity consumption related to the aeration and by optimizing its energy production through anaerobic digestion. This work mainly focuses on the anaerobic digestion of the sludge produced by the A/B process. It aims at evaluating their characteristics and digestibility and thus at comparing these to the ones of better-known sludge such as primary, secondary and mixed sludge from a conventional wastewater treatment system. Eventually, these results with the addition of data collected on a 50 m3/d A/B process pilot plant on the Water Reclamation Plant of Kranji, Singapore, are used to draw the energy balance of the A/B process and to try to make a comparison to conventional systems. The A/B process produces the A and B sludge which respectively show specific methane productions of 290 and 135 LCH4/kgVSintroduced in mesophilic anaerobic digestion and can be considered quite similar to primary and secondary sludge respectively from conventional WWTPs. With its two stages of activated sludge, this process enables the early entrapment of carbon to be directly transferred to the digesters. Indeed, 90% of the sludge production comes from the A sludge in matter of Volatile Solids, which brings to 95% the biogas production to be ascribed to this sludge. Hence, the A/B process does produce more energy than a conventional single-stage activated sludge. It also reduces the aeration demand for the biological treatment of the carbon and nitrogen pollutions whilst complying with the same treatment performances. Drawing the energy balance of the A/B process leads to the conclusions that this process presents an energy efficiency of 300% by comparing only the electrical needs for the aeration (40-70% of the whole plant demand) and the electricity production from biogas generation, which, at the end, represents an energy self-sufficiency of 73% considering the Kranji conventional water reclamation plant.

A des concentrations supra-optimales, les métaux lourds essentiels (comme le Cu, Zn ou Ni) ou les métaux lourds non essentiels (comme le Cd, Pb ou Hg) peuvent être toxiques. La contamination des sols et de l’eau par des métaux lourds toxiques est un problème mondial qui peut nuire à l’environnement et à la santé humaine. En particulier, le cadmium est l’un des métaux lourds les plus toxiques pour les organismes. L’utilisation de plantes pour extraire ou dégrader les polluants (dans le cas de polluants organiques) constitue une stratégie intéressante, à bas coût et respectueuse de l’environnement pour remédier au problème des sites pollués. Pour une phytoextraction des métaux lourds, les plantes doivent avoir une croissance rapide, développer des biomasses importantes et accumuler des niveaux élevés de métaux lourds dans leurs parties récoltables. En d’autres termes, elles doivent être très tolérantes et accumulatrices. Une alternative consiste à utiliser des plantes tolérantes de façon à contenir la pollution (pour réduire la biodisponibilité et limiter la dispersion dans l’environnement). Des gènes d’une banque d’ADNc synthétisée à partir d’un hyperaccumulateur Cd/Zn Thlaspi caerulescens, dont l’expression augmente la tolérance au Cd dans les cellules, ont été identifiés. Dans cette thèse de Doctorat, notre but est d’une part de contribuer à la caractérisation fonctionnelle de ces gènes et d’autre part de créer de nouveaux outils en vue d’améliorer les techniques de phytoremédiation. Nous avons sélectionné deux séquences codant pour des protéines riches en cystéines, capables de lier certains métaux lourds et d’augmenter la tolérance au cadmium :une métallothionéine de type 3 (Tc-MT3) et une métallothionéine potentielle (MRP) provenant d’un organisme contaminant de la banque d’ADNc. Nous avons générer des lignées de tabac exprimant TcMT3 ou MRP, sous le contrôle d’un promoteur fort et constitutif, CaMV35S. Les plantes MT3 et MRP ont présenté un retard de croissance par rapport aux plantes contrôles, en croissance sur milieu non contaminé. Différents tests de croissance ont été réalisés en présence d’excès de Zn, Ni ou Cu et dans des milieux modifié avec du Cd. Nous avons remarqué qu’en présence de plusieurs métaux lourds en particulier le Cu et le Cd, les plantes Tc-MT3 et MRP étaient plus tolérantes que les plantes contrôles. La tolérance au Cd était la plus augmentée dans les plantes MRP. Les plantes Tc-MT3 ou MRP semblaient avoir un besoin en métaux lourds plus grand. L’accumulation des métaux lourds dans les parties aériennes n’était pas augmentée mais la minéralomasse des plantes Tc-MT3 et MRP l’était sur sol contaminé de la Région Bruxelloise. Une analyse biochimique a confirmé un changement dans le statu rédox de ces plantes. Une tendance à un statut plus oxydant a été observée dans les milieux non contaminés. Enfin, l’induction d’une métallochaperonne (CCH) du Cu indique une diminution de la biodisponibilité de cet élément, alors que la concentration totale n’est pas altérée. Il semble donc que pour la première fois, des métallothionéines puissent entrer en compétition avec une métallochaperonne végétale. Cette compétition pour les métaux pourrait être à l’origine de l’altération du statut rédox, du retard de croissance ainsi que de la meilleure tolérance aux métaux lourds. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce mémoire présente le développement d'un simulateur permettant d'étudier différentes stratégies applicables au contrôle de la vidange d'un réservoir de rétention du réseau sanitaire de l'est de la ville de Québec soit celui du site St-Sacrement. Dans un premier temps, le contexte du projet est présenté afin de bien comprendre les modèles qui sont proposés pour constituer le simulateur. Les modèles présentés, à prime abord, sont ceux par défaut, c'est à dire, disponibles avant la mise en service des installations. Cependant, les conditions hydrauliques de cette station de contrôle ne permettent pas de satisfaire toutes les hypothèses des modèles par défaut de telle sorte qu'une étape de calibration a été nécessaire. Suite à la réalisation de tests expérimentaux, différents modèles ont alors été calibrés afin d'augmenter la précision du simulateur. Ceci a permis de construire plusieurs simulateurs en fonction des modèles présentés (par défaut et expérimentaux). Des données expérimentales recueillies lors de la vidange contrôlée du 17 juillet 2005 ont permis de sélectionner le meilleur simulateur. Il s'est avéré que les modèles par défaut permettent de représenter le système avec précision sous réserve d'utiliser un bon délai d'écoulement entre le réservoir et la chambre de contrôle. Par ailleurs, des phénomènes en apparence complexes ont été modélisés avec des modèles relativement simples ce qui a permis d'augmenter du même coup la stabilité du simulateur. Le simulateur choisi a alors été utilisé pour tester et comparer différentes stratégies de contrôle pour la vidange du réservoir. Celui-ci a par ailleurs été modifié quelque peu afin de connaître la performance des différentes approches de contrôle présentées pour un système comportant des contraintes encore plus sévères. Les résultats montrent que les approches de contrôle plus avancées basées sur des modèles internes offrent de meilleures performances qu'un contrôleur PID mais qu'ils ne se démarquent significativement que pour les simulations utilisant des contraintes plus sévères. / This thesis presents the development of a Simulator to study various strategies applicable to control the emptying of a retention reservoir located at the St-Sacrement site, which is part of Québec City's Eastern wastewater collection network. The context of the project is first presented to fully understand the models proposed to build the Simulator. The models presented at first are default models, i.e. available before the commissioning of the facilities. However, because the hydraulic conditions of this control station could not satisfy ail the hypotheses related to the default models, some calibration was required. Following experimental tests, various models have been calibrated to increase the accuracy of the simulator. Several simulators were then built based on the models presented (default and experimental). The experimental data collected during the controlled emptying of the reservoir on July 17, 2005 was used to select the best simulator. It was found that default models can represent the network accurately provided that the flow is delayed between the basin and the control chamber. Also, some phenomena which seemed complex at first glance were simulated with relatively simple models, thus increasing the stability of the simulator. The selected simulator was then used to test and compare various control strategies for the emptying of the reservoir. The latter was later modified to assess the performance of the various control approaches for a System that included even more restrictive constraints. Results show that the more advanced control approaches, based on internal models, perform better than a PID controller. However, they stand out significantly only in simulations using more restrictive constraints.

Les rejets de station d'épuration (STEP) sont considérés comme un vecteur majeur d'entrée des micropolluants dans les milieux aquatiques. Certains micropolluants, fortement présents dans les eaux à traiter ou trop faiblement éliminés par les filières de traitement, sont ainsi retrouvés dans les eaux usées traitées à des concentrations pouvant atteindre plusieurs centaines de ng/L. Ce travail de recherche vise à identifier et simuler les processus d'élimination de micropolluants au sein du procédé à boues activées en aération prolongée, procédé le plus couramment utilisé en France. Nous nous sommes intéressés à 53 micropolluants, dont l'élimination de la file eau par le procédé à boues activées n'est que partielle (rendement compris entre 30 et 70 % selon AMPERES). Cinq familles de substances aux propriétés physico-chimiques différentes ont ainsi été étudiées : 11 métaux, 14 composés pharmaceutiques, 19 hydrocarbures aromatiques polycycliques, 5 alkylphénols, 4 pesticides. L'objectif de la démarche expérimentale proposée a consisté à identifier et caractériser les principaux mécanismes d'élimination. Ces mécanismes ont été étudiés à deux échelles d'observation, échelle industrielle (STEP vraie grandeur) et une échelle pilote. Le suivi d'un procédé boues à activées au sein d'une STEP (2900 EH) a permis de réaliser 8 bilans matières (file eau et file globale) répartis sur une année. Nous avons ainsi mesuré les variations de concentrations des micropolluants ciblés dans les eaux usées brutes, les eaux usées traitées et les boues, ainsi que les variations de performances d'élimination suivant les conditions de fonctionnement de la STEP (température, durée de présence d'oxygène, taux de MES). Les essais à l'échelle pilote en réacteur fermé ont permis de déterminer les coefficients de sorption et les constantes cinétiques de biodégradation de ces micropolluants en conditions contrôlées. La biodégradation de ces micropolluants a été évaluée pour différentes conditions opératoires relatives aux conditions rédox (aérobie et anoxie) et à différentes conditions de substrat (absence de substrat biodégradable, présence de substrat biodégradable carboné et azoté, présence de substrat azoté seulement). Un modèle dynamique calé est proposé, décrivant le comportement des micropolluants dans les phases dissoute et particulaire. Le paramétrage est obtenu à partir des données expérimentales, à savoir les coefficients de sorption et de biodégradation déterminés en réacteur fermé et des performances d'élimination mesurées pour la STEP. / Discharges from wastewater treatment plants (WWTP) are considered as a major input of micropollutants in the aquatic environment. Some micropollutants are found in treated wastewater at concentrations of several hundred ng/L, due to their high concentration in the raw wastewater or to their low removal by WWTP. This work proposes to model the fate of micropollutants in the activated sludge with extended aeration process, most commonly used in France. We investigated 53 micropollutants, particularly those partially removed from the water line by activated sludge process (between 30 and 70% according to the AMPERES project). Five families of substances with different physicochemical properties were studied: 11 metals, 14 pharmaceutical compounds, 19 polycyclic aromatic hydrocarbons, 5 alkylphenols and 4 pesticides. The objective of the experimental strategy is to characterize the two main removal mechanisms: sorption and biodegradation. It combines a study of a process at WWTP scale and tests at laboratory scale. We have monitored an activated sludge process to achieve eight mass balances (water line and global line) for a year. We have characterized variations of concentration in raw wastewater, treated wastewater and sludge as well as variations in removal efficiency depending on operating conditions. Laboratory scale tests were used to determine sorption coefficients and kinetic biodegradation constants of micropollutants in monitored conditions. We evaluated biodegradation kinetics in different redox conditions (aerobic and anoxic) and different substrate conditions (absence of biodegradable substrate, presence of biodegradable substrate carbon and nitrogen, presence of substrate nitrogen only). The model describing the fate of dissolved and particulate phases is calibrated from sorption and biodegradation constants and removal efficiencies observed for the activated sludge process at WWTP scale.

L'électrocoagulation permet d'éliminer simultanément un large spectre de polluants organiques et minéraux, de colorants et de métaux lourds ; de ce fait, il a été beaucoup étudié. En revanche, peu de travaux ont été entrepris pour étudier de façon plus approfondie son fonctionnement. La complexité des effluents pour laquelle il est particulièrement intéressant d'utiliser ce procédé, fait aussi qu'il est difficile d'analyser les résultats. Cette thèse a pour objectif d'apporter une contribution à la compréhension du couplage électrocoagulation - décantation et des interactions liés à des effluents multi-polluants complexes. De plus l'aspect réacteur en continu a été abordé dans le cas d'un effluent synthétique simple pour mieux appréhender les différences par rapport au fonctionnement en discontinu. Cette étude est basée sur une approche systématique qui repose sur les processus élémentaires de l'électrocoagulation: Electrochimie, Coagulation et Séparation physique. Chaque processus fournit une base pour l'étude des interactions qui permettent ensuite la modélisation globale des processus. Afin d'étudier les couplages électrocoagulation-décantation, des effluents textiles industriels ont été traités par électrocoagulation suivie par une étape de décantation en éprouvette, sans agent floculant. L'effet des paramètres d'électrocoagulation sur la décantabilité des effluents traités et l'efficacité d'élimination de la pollution a été étudié en suivant en particulier la vitesse de décantation en éprouvette et en calculant le SVI. Le deuxième objectif de ce notre travail était d'étudier les couplages entre les différents types de pollution à éliminer et plus particulièrement un effluent de papeterie contenant des pollutions organiques et de l'arsenic. Enfin, nous avons réalisé une étude sur les performances du couplage EC-décantation pour le traitement d'un effluent synthétique textile en réacteur continu. Ce dernier est composé de deux éléments, la cellule électrochimique suivie d'une chambre de sédimentation / Electrocoagulation eliminates simultaneously a large spectrum of organic pollutants, dyes and heavy metals; therefore, it has been studied extensively. However, little work has been undertaken to investigate more thoroughly its behaviors. The complexity of the effluent for which it is particularly interesting to use this method also makes it difficult to analyze the results. This thesis aims to contribute to understanding the coupling electrocoagulation - settling and interactions associated with complex effluent multi-pollutants. Also a continuous reactor has been addressed in the case of a simple synthetic sewage to better understand the differences from the batch operation. This study is based on a systematic approach based on the elementary processes of electrocoagulation: Electrochemistry, coagulation and physical separation. Each process provides a basis for studying the interactions that then the overall modeling process. To study the electro-decantation couplings, industrial textile effluents were treated by electrocoagulation followed by a settling step, without flocculent. The effect of parameters on electrocoagulation settleability of treated effluent and removal efficiency of pollution has been studied in particular by following the settling velocity in the test tube and calculating the SVI. The second objective of this our work was to study the coupling between the different types of pollution and to eliminate a particular paper mill effluent containing organic pollutants and arsenic. Finally, we conducted a study on the performance of EC-coupling settling for the treatment of a synthetic textile effluent flow reactor. The latter is composed of two elements, the electrochemical cell followed by a settling chamber

Le développement de nouvelles technologies pour le recyclage des eaux usées est une priorité pour les régions arides et semi-arides tels que les pays du bassin méditerranéen. L'objectif de ce travail a été, dans un premier temps, de développer un système de traitement tertiaire des eaux usées en testant l'efficacité de diodes électroluminescentes émettant des UV-A et/ou des UV-C (DEL-UV) sur l'inactivation de souches bactériennes indicatrices de pollution fécale (Escherichia coli et Enterococcus faecalis) puis sur des effluents urbains, en étudiant la diminution des pollutions microbiennes et chimiques. Cette première étape a mis en évidence l'efficacité accrue du couplage UV-A et UV-C, permettant d'obtenir une eau de qualité répondant aux exigences législatives relatives à la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. La deuxième partie de ce travail était l'étude de l'impact de l'arrosage avec des eaux usées traitées par DEL-UV sur les paramètres du sol et sur le devenir de certain polluant aromatiques dans les sols (anthracène et carbamazépine). L'arrosage avec des eaux usées traitées par DEL-UV ne modifie pas la composition chimique de la matière organique de sol, l'activité catabolique globale des microorganismes, et le nombre et la diversité de bactéries indicatrices de pollution fécale par rapport au sol arrosé avec de l'eau d'irrigation. Certaines activités enzymatiques liées à la dégradation de la matière organique augmentent dans les sols arrosés avec des eaux usées traitées par DEL-UV, montrant que la matière organique apportée par l'effluent est activement dégradée par les microorganismes. / The development of new technologies for wastewater reuse is a priority for arid and semi-arid areas such as Mediterranean countries. The objective of this work was, firstly, to develop a system for tertiary treatment of wastewaters testing LEDs emitting UV-A and / or UV-C (UV LEDs) on fecal indicator inactivation (Escherichia coli and Enterococcus faecalis) and then on urban effluents, by studying the decrease in both microbial and chemical pollution. This first step has highlighted a higher efficiency of this system when UV UV-A and UV-C are coupled. Wasterwaters with quality meeting the statutory requirements for the reuse of wastewater for irrigation were obtained and used in the second part of this work was to study the impact of watering with UV-LED- treated wastewaters on soil parameters and on the fate of pollutants (anthracene and carbamazepine) in soils. Watering with UV-LED treated wastewater does not change the chemical composition of soil organic matter, the global catabolic activity of soil microorganisms, and the number and diversity of fecal indicators compared to control (irrigation water). Certain enzymatic activities related to the degradation of organic matter increased in soil watered with UV-LED treated wastewater, showing that the organic matter added by the effluent is actively degraded by microorganisms. In addition, aromatic pollutants are oxidized two to three times faster in soils watered with UV-LED treated wastewater.

Le développement industriel et urbain accroit la pollution des eaux au Cameroun. Il faut donc rechercher des méthodes de dépollution peu onéreuses et de mise en oeuvre facile. L'objectif de ce travail était d'éliminer les métaux lourds (Cu2+, Pb2+, Hg2+, Cr3+) des eaux usées, par adsorption sur de l'argile brute ou traité thermiquement. L'argile alluviale prélevée dans la région de l'Extrême Nord du Cameroun est essentiellement composée de smectite (46%), kaolinite (38%), interstratifiés (10%) et quartz (5%). Les formules structurales sont (Si3,42Al0,58)(Al0,87Fe0,96Mg0,17)O10(OH)2(C+)0,75 , pour la smectite et Si2Al1,95Fe0,05O5(OH)4. pour la kaolinite. Les cations de métaux lourds s'adsorbent très rapidement sur l'argile brute ; la température et le pH de la solution influencent peu leur adsorption. L'affinité de l'argile pour Cu2+, et Pb2+ est très forte mais faible pour Hg2+ et Cr3+. Le mécanisme proposé est l'échange cationique et la complexation de surface pour l'adsorption de Cu2+, Pb2+ et Cr3+ et un mécanisme de spéciation pour l'adsorption de Hg2+. Les boulettes obtenues par traitement thermique de l'argile au dessus de 500°C sont stables en solution et montrent une bonne capacité d'adsorption des métaux lourds. Les boulettes sont moins efficaces que l'argile brute, mais leur utilisation, évitant la séparation solide-liquide, après adsorption est plus facile / The industrial and urban development increases the water pollution in Cameroon. It becomes imperative to develop inexpensive and easy to manage remediation methods. This work aimed at eliminating heavy metals (Cu2+, Pb2+, Hg2+, Cr3+) from water by adsorption on raw or heat treated clay. The alluvial clay sampled in the far North of Cameroon mainly contains smectite (46%), kaolinite (38%), interlayers (10%) and quartz (5%). The structural formulas are : (Si3,42Al0,58)(Al0,87Fe0,96Mg0,17)O10(OH)2(C+)0,75 for the smectite and Si2Al1,95Fe0,05O5(OH)4 for the kaolinite. The heavy metals cations fastly adsorb on raw clay, the temperature and the pH have not much influence on their adsorption. The clay affinity in relation to Cu2+, and Pb2+ is very strong whereas it is low for Hg2+, Cr3+. For the adsorption of Cu2+, Pb2+ and Cr3+ the proposed mechanisms are the cation exchange and the complexation while for the Hg2+, a mechanism of speciation is involved. The pellets obtained by thremic treatment of the clay above 500°C are stable in solution and they have a good capacity for heavy metals adsorption. Performances of the pellets are lower than those of raw clay, however, their use is easier since they do not need solid-liquid separation after adsorption