Afin d’améliorer l’efficacité d’utilisation des engrais et réduire les répercussions négatives sur l’environnement, l’enrobage des engrais conventionnels à l’aide de nouveaux polymères biodégradables constitue une solution prometteuse. À cet effet, l’objectif de cette étude était d’évaluer cette nouvelle génération d’engrais enrobés à l’aide de nouveaux polymères biodégradables. L’homogénéité entre les particules des engrais enrobés était légèrement inférieure à celle des engrais conventionnels. Les polymères biodégradables étaient relativement solubles dans l’eau et ils ne freinaient pas la libération des éléments minéraux. La cinétique de libération des éléments minéraux dans un substrat tourbeux fut toutefois similaire chez les deux types d’engrais. Deux heures après application, Biodrix Na libéré 34% moins d’urée et N-urée que Ureia, mais la différence s’est estompée après un jour. L’effet des engrais enrobés sur la réduction du lessivage des nitrates et des pertes de N₂O a été évalué en conditions contrôlées. Aminaex et Biodrix N ont réduit le lessivage des nitrates de 41% et 54% par rapport à Ureia et ont retardé le flux maximal de N₂O de 10 jours par rapport à Ureia. Par contre, l’enrobage du phosphore n’a pas réduit son lessivage. Aminaex et Biodrix N ont eu une plus longue période d’émission de N₂O par rapport à Ureia, ce qui a augmenté le niveau du flux cumulé en N₂O après 20 jours pour les deux engrais enrobés par rapport à Ureia. Pour les engrais phosphatés, l’enrobage n’a pas assuré une libération lente, ni n’a réduit le lessivage des éléments minéraux. En conclusion, dans un milieu à température et à teneur en eau contrôlées, l’enrobage des engrais azotés enpolymères biodégradables a ralenti la solubilisation instantanée de l’urée et a permisde réduire le lessivage et les pics d’émissions de N₂O. / In order to improve the efficiency of fertilizer use and reduce the negative impact they have on the environment, the coating of conventional fertilizers with new biodegradable polymers is a promising solution.The objective of this study was to evaluate a new generation of fertilizers coated with novel biodegradable polymers. The homogeneity of coated fertilizer particles was slightly lower than that of conventional fertilizers. Biodegradable polymers are relatively soluble in water and do not inhibit the release of mineral elements. The kinetics of nutrient release in a peat substrate was however similar for both types of fertilizer. Two hours after application, Biodrix N released 34% less urea and N-urea than Ureia, but the difference disappeared after one day. The effect of coated fertilizers on the reduction of nitrate leaching and N₂O losses was evaluated under controlled conditions. Aminaex and Biodrix N reduced nitrate leaching by 41% and 54% compared to Ureia and delayed the peak of N₂O efflux by 10 days. On the other hand, the coating of the phosphorus did not reduce its leaching. Aminaex and Biodrix N had a longer N₂O emission period than Ureia, which increased the cumulative N₂O efflux emissions after 20 days for both coated fertilizers compared to Ureia. In conclusion, undercontrolled conditions, coating nitrogen fertilizers with biodegradable polymers hindered the instantaneous solubilization of urea, decreased nitrate leaching and reduced the peak of N₂O efflux.

L'irrigation des cultures maraîchères en sols organiques est une pratique qui doit être optimisée, car elle a un impact sur le rendement des cultures et peut entraîner le lessivage d'éléments fertilisants vers la nappe phréatique. Dans le cadre de ce projet, le premier objectif était d'évaluer quatre méthodes d'estimation des flux d'eau : une case lysimétrique (méthode de référence), un bilan hydrique simple, un bilan hydrique avec changement de stock en eau du sol et la loi de Darcy. Le deuxième objectif consistait à mesurer l'impact de différentes régies d'irrigation sur le rendement des laitues romaines et sur le lessivage des nitrates, des phosphates et des bromures. Les résultats ont démontré que les méthodes d'estimation surestiment le drainage par rapport à celui mesuré dans les cases lysimétriques. Les pertes en azote et en phosphore ont été faibles et peu influencées par les traitements d'irrigation, tout comme les rendements. / Irrigation has to be optimised because of its impact on yield and solute leaching to groundwater. The first objective of this project was thus to compare four methods of estimating water flux: a lysimeter pan (reference method), a flux based on daily evapotranspirative demand, a water balance computed from changes in water storage and évapotranspiration demand and finally, an estimation based on Darcy's law. The second objective was to evaluate the impact of irrigation on lettuce yield and on nitrate, phosphate and bromide leaching in organic soil. Our data suggest that the estimation methods overestimate the drainage, compared to the one calculated with the lysimeter pan. Also, no effect on leaching and on yield was observed from irrigation treatments, and solute losses toward groundwater were small.

Afin d’améliorer l’efficacité d’utilisation des engrais et réduire les répercussions négatives sur l’environnement, l’enrobage des engrais conventionnels à l’aide de nouveaux polymères biodégradables constitue une solution prometteuse. À cet effet, l’objectif de cette étude était d’évaluer cette nouvelle génération d’engrais enrobés à l’aide de nouveaux polymères biodégradables. L’homogénéité entre les particules des engrais enrobés était légèrement inférieure à celle des engrais conventionnels. Les polymères biodégradables étaient relativement solubles dans l’eau et ils ne freinaient pas la libération des éléments minéraux. La cinétique de libération des éléments minéraux dans un substrat tourbeux fut toutefois similaire chez les deux types d’engrais. Deux heures après application, Biodrix Na libéré 34% moins d’urée et N-urée que Ureia, mais la différence s’est estompée après un jour. L’effet des engrais enrobés sur la réduction du lessivage des nitrates et des pertes de N₂O a été évalué en conditions contrôlées. Aminaex et Biodrix N ont réduit le lessivage des nitrates de 41% et 54% par rapport à Ureia et ont retardé le flux maximal de N₂O de 10 jours par rapport à Ureia. Par contre, l’enrobage du phosphore n’a pas réduit son lessivage. Aminaex et Biodrix N ont eu une plus longue période d’émission de N₂O par rapport à Ureia, ce qui a augmenté le niveau du flux cumulé en N₂O après 20 jours pour les deux engrais enrobés par rapport à Ureia. Pour les engrais phosphatés, l’enrobage n’a pas assuré une libération lente, ni n’a réduit le lessivage des éléments minéraux. En conclusion, dans un milieu à température et à teneur en eau contrôlées, l’enrobage des engrais azotés enpolymères biodégradables a ralenti la solubilisation instantanée de l’urée et a permisde réduire le lessivage et les pics d’émissions de N₂O / In order to improve the efficiency of fertilizer use and reduce the negative impact they have on the environment, the coating of conventional fertilizers with new biodegradable polymers is a promising solution.The objective of this study was to evaluate a new generation of fertilizers coated with novel biodegradable polymers. The homogeneity of coated fertilizer particles was slightly lower than that of conventional fertilizers. Biodegradable polymers are relatively soluble in water and do not inhibit the release of mineral elements. The kinetics of nutrient release in a peat substrate was however similar for both types of fertilizer. Two hours after application, Biodrix N released 34% less urea and N-urea than Ureia, but the difference disappeared after one day. The effect of coated fertilizers on the reduction of nitrate leaching and N₂O losses was evaluated under controlled conditions. Aminaex and Biodrix N reduced nitrate leaching by 41% and 54% compared to Ureia and delayed the peak of N₂O efflux by 10 days. On the other hand, the coating of the phosphorus did not reduce its leaching. Aminaex and Biodrix N had a longer N₂O emission period than Ureia, which increased the cumulative N₂O efflux emissions after 20 days for both coated fertilizers compared to Ureia. In conclusion, undercontrolled conditions, coating nitrogen fertilizers with biodegradable polymers hindered the instantaneous solubilization of urea, decreased nitrate leaching and reduced the peak of N₂O efflux.

Les pertes de fertilisant azoté utilisé en agriculture sont parmi les principaux polluants impliquées dans la dégradation de la qualité de l’eau au Québec. Sous couvert de grande culture, les nitrates lessivés peuvent atteindre 185 kg ha-1. Synchroniser la fertilisation azotée avec le prélèvement des cultures serait une manière d’optimiser l’utilisation de l’azote et ainsi de réduire le lessivage de nitrate. La modélisation déterministe du cycle de l’azote couplé à un modèle de dynamique de l’eau dans le sol pourrait aider à cette optimisation. Les objectifs de l’étude étaient : (1) de développer un modèle empirique de production de nitrate à la surface du sol, (2) de combiner ce modèle avec HYDRUS afin de prédire la quantité de nitrate lessivé vers les drains et (3) d’évaluer la contribution de l’azote fourni par la matière organique du sol au lessivage de nitrate. Dans cette étude, nous avons utilisé des équations d’estimations des pools d’azotes et de leurs transformations. Les équations ont été combinées en 60 patrons de relâchement du N utilisant une fonction de mise en solution de N pour le nitrate, 4 fonctions pour l’ammonium, 5 pools d’azote organique du sol et 3 fonctions de relâchement de N de l’azote organique du sol et des lisiers. Ces patrons de relâchement de N ont été appliqués dans un traitement de fertilisation minérale et quatre traitements de fertilisation organiques pour un total de 300 patrons uniques de relâchement de nitrate. Les résultats démontrent que les méthodes d’évaluation des contributions des formes d’azote basées sur des données atmosphériques, de rotation de culture ou de granulométrie du sol peuvent mener à des résultats intéressants. La méthode de prédiction doit être différente si le fertilisant appliqué sur la parcelle est organique ou minéral. / Agricultural nitrogen fertilizer losses are among the main pollutants involved in water quality degradation in Quebec. Under maize crop, leached nitrate can reach up to 185 kg ha-1. Synchronizing nitrogen fertilization with crop uptake would be a way to optimize the use of nitrogen fertilizer and reduce nitrate leaching. The process-oriented modeling of the nitrogen cycle coupled with a soil water model could contribute to simplifying the optimisation of nitrogen fertilizer use. The objectives of this study were to: (1) to determine the most suitable soil surface empirical nitrate production model, (2) to couple this model with HYDRUS in order to predict nitrate leaching into subsurface drains, and (3) to evaluate the soil organic nitrogen contribution to nitrate leaching. In this study, we used nitrogen pools and transformations in governing mass balance equation. The equations were combined into 60 N-release patterns taking into account one dissolution function of nitrate, 4 transformation and dissolution functions for the ammonium, 5 organic nitrogen pools and 3 N organic nitrogen from the soil and manure release functions. These N release patterns were applied for a mineral fertilizer treatment and four organic fertilizer treatments for a total of 300 unique nitrate release patterns. The results demonstrate the accuracy of the methodological framework to evaluate the contributions of nitrogen based on atmospheric data, crop rotation or soil particle size. The prediction method must be different if the fertilizer applied to the plot is organic or mineral. In addition, the study showed that the soil organic nitrogen contribution tends to decrease as the organic fertilizer application rates increases. The simulations also showed that the nitrate masses leached are closely related to the fertilizer supply nitrogen content.

Le potassium (K), le calcium (Ca) et le magnésium (Mg) sont en compétition pour saturer la CEC du sol. Le lessivage du K a été peu documenté. Cette étude porte sur l'effet de la fertilisation potassique sur le lessivage du K en lien avec celui du Ca et du Mg sous culture de pomme de terre en sols sableux. De 2012 à 2014, deux sites par année étaient établis sur des sols de texture sable loameux près de la ville de Québec. Les séries de sols étaient Morin, Orléans et Saint-Nicolas. Chaque site comprenait huit traitements potassiques constitués d’une combinaison de doses et de sources de KCl et de Sul-Po-Mag répétées trois fois. En 2012, le K fut appliqué à quatre doses (0, 70, 140 et 210 kg K2O ha-1). En 2013 et 2014, une dose de plus de K fut ajoutée (105 kg K2O ha-1) ainsi que trois doses de calcium (15, 125, 250 kg Ca ha-1) appliquées sous forme de CaSO4. L’échantillonnage de la solution du sol dans des lysimètres à succion a eu lieu toutes les deux semaines de la plantation à la récolte. Les concentrations en K (SSK), Ca (SSCa) et Mg (SSMg) furent dosées dans la solution du sol. De 2012 à 2014, l’ajout de fertilisants potassiques n’a pas influencé significativement la SSK sauf à des dates précises. La perte du K était plus élevée au début de la saison de culture, ensuite elle diminuait progressivement mais augmentait à la sénescence de la plante. Pour les sites en 2013 et 2014, la SSCa et la SSMg, étaient significativement influencées par les traitements de K et la date d'échantillonnage. La dose de K n’a généralement pas eu d’impact sur le lessivage du K en sol sableux mais a augmenté le lessivage de SSCa et de SSMg. / Quantification of nutrient movement from agricultural soils is important for both fertilizer and environmental management. This study evaluated the impact of potassium (K) fertilization on K leaching in relation to calcium (Ca) and magnesium (Mg) leaching under potato crop in sandy soils. From 2012 to 2014, two sites per year were established on loamy-sand textured soils near Quebec City. Soil series were Morin, Orleans and Saint-Nicolas. Each site included eight K treatments as a combination of rates and sources of KCl and Sul-Po-Mag with three replications. In 2012, the K was applied at four rates (0, 70, 140 and 210 kg K2O ha-1). In 2013 and 2014, another K rate was added (105 kg K2O ha-1) as well as three rates of calcium (15, 125, 250 kg Ca ha-1) applied as CaSO4. The soil solution was sampled biweekly from planting to harvest using suction lysimeters and the concentrations of K (SSK), Ca (SSCa) and Mg (SSMg) in the soil solution were measured. From 2012 to 2014, adding K fertilizers did not significantly influence the SSK except on specific dates. K leaching was higher at the beginning of the growing season, then it gradually decreased but increased at the end of the growing season until plant reached senescence stage. For all the sites, SSCa and SSMg were significantly influenced by the K treatments and the sampling period. The rate of K generally had no impact on the leaching of K in sandy soils but increased SSCa and SSMg leaching.

La gestion de l'azote (N) et de l'irrigation sont des facteurs importants affectant les pertes de N par lessivage de nitrates dans la production de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) sur des sols à texture grossière. L'objectif de cette thèse était d'étudier l'effet de la fertilisation azotée (dose et source) sur le lessivage intra-saisonnier et la teneur en nitrates du sol (RSN) ainsi que le rendement total (TY) et commercialisable (MY) dans la pomme de terre irriguée et non-irriguée cultivée en sols sableux. Une expérience de 5 ans (2008-2012) et une autre de 3 ans (2013-2015) ont été menées pour comparer l'application de l'urée enrobée de polymères (PCU) à la plantation avec celle fractionnée d'engrais azotés solubles à plusieurs doses équivalentes. Les résultats ont montré que, lorsque les déficits en eau sont faibles durant la saison de croissance, il ne résulte aucun avantage à apporter de l'eau supplémentaire par irrigation. L'irrigation a augmenté le lessivage intra-saisonnier des nitrates de 52%, mais n'a eu aucun effet sur le TY et le MY. Les rendements total et commercialisable n'ont pas répondu à la fertilisation azotée en raison d'un apport élevé en N du sol. Cependant, l'augmentation de la dose de N a entrainé une augmentation du lessivage intra-saisonnier de nitrates et du RSN. À doses équivalentes, l'apport du PCU a produit un TY et MY similaires par rapport à l'apport fractionné d'engrais conventionnels solubles. Les résultats ont montré que l'efficacité du PCU pour réduire le lessivage intra-saisonnier variait en fonction de la distribution des précipitations et de la période d'irrigation en raison des caractéristiques de libération de l'azote. L'apport du PCU au moment de la plantation était efficace pour réduire le lessivage intra-saisonnier lorsque les précipitations étaient élevées entre la plantation et le buttage. Le mélange PCU + urée appliqué à la plantation a entrainé une réduction du TY et du MY par rapport au PCU et aux engrais conventionnels solubles en raison d'une croissance végétative excessive et d'un retard dans l'initiation des tubercules. Par ailleurs, à doses équivalentes, le PCU+urée a augmenté le lessivage intra-saisonnier des nitrates en comparaison au PCU et aux engrais solubles appliqués. Les résultats ont aussi montré que le RSN était un bon indice du potentiel de lessivage post-récolte des nitrates dans la pomme de terre. Les pertes de N après la saison de croissance étaient plus élevées lorsque le RSN mesuré à l'automne était élevé. Le PCU+urée a été introduit dans le but de diminuer le risque de lessivage post-récolte lié à l'application du PCU. Toutefois, les résultats ont indiqué que l'application du PCU à la plantation, seul ou mélangé avec un engrais soluble, augmentait le risque de lessivage post-récolte par rapport aux engrais solubles. Globalement, les résultats de cette thèse suggèrent que la réduction de la dose de N est plus importante que le choix de la source de N pour minimiser le lessivage des nitrates. / Nitrogen (N) management and irrigation are important factors affecting yield and N losses through nitrate-N (NO₃-N) leaching in potato (Solanum tuberosum L.) production on sandy soils. The objective of this thesis was to investigate the effect of N fertilization (rate and source) on total (TY) and marketable (MY) yields, in-season NO₃-N leaching, and residual soil NO₃-N (RSN) for potatoes grown on sandy soils under two irrigation regimes (irrigated and non-irrigated). Two field experiments were conducted to compare split-applied conventional soluble N fertilizers (ammonium sulfate, ammonium nitrate, and calcium ammonium nitrate) and polymer-coated urea (PCU) products at several N rates during five (2008-2012) and three (2013-2015) years, respectively. The results showed that there was no benefit from additional water by irrigation when water deficits were low. Irrigation increased in-season NO₃-N leaching by 52% but had no effect on TY and MY. Results from the 3-year field experiment showed that TY and MY response to N fertilization were not significant when soil N supplied by soil N mineralization was high. However, increasing the fertilizer N rate increased in-season NO₃-N leaching and RSN. A single application of PCU resulted in similar TY and MY as split-applied conventional soluble N fertilizers at equivalent N rates. Results from both field experiments suggest that the potential of PCU to reduce in-season NO₃-N leaching may vary according to rainfall distribution and irrigation timing due to the N-release characteristics of the PCU. Application of PCU at planting was an effective strategy to reduce in-season NO₃-N leaching when there was significant rainfall during the period between planting and hilling. The results also indicated that PCU+urea applied at planting may reduce TY and MY compared to PCU and conventional soluble N fertilizers due to excessive vegetative growth and delayed tuber initiation. Furthermore, PCU+urea increased in-season NO₃-N leaching relative to PCU and conventional soluble N fertilizers applied at equivalent N rates. Residual soil NO₃-N was an effective index of the potential soil NO₃-N losses in the non-growing season, as overwinter NO₃-N losses were generally higher with greater RSN. The results indicated that a single application of PCU, alone or mixed with a conventional soluble N fertilizer at planting increases the risk of NO₃-N leaching in the non-growing season in comparison to conventional soluble N fertilizers. The overall results suggest that reducing the fertilizer N rate is more important than the choice of N sources to minimize NO₃-N leaching from potato production.

De nouveaux gisements d’uranium, entièrement inclus dans le socle du bassin d’Athabasca (Province de la Saskatchewan, Canada), ont été récemment découverts, faisant d’eux une cible d’exploration privilégiée. Leur mode de formation est encore discuté, ne facilitant pas leur découverte. Afin de mieux les comprendre, une étude multidisciplinaire a été entreprise sur trois de ces gisements : Eagle Point, Millennium et P-Patch. Les oxydes d’uranium ont des caractéristiques chimiques variables fonction des conditions de cristallisation et d’altération postérieures à leur dépôt. Les âges U-Pb obtenus sont conformes à ceux des minéralisations à la discordance, tout comme le sont les abondances en terres rares, indiquant des circulations fluides à grande échelle et des processus physico-chimiques de formation identiques pour les deux types de gisements. Les saumures liées à la formation des gisements circulent massivement dans le socle, en partie grâce à la réouverture de structures et microstructures métamorphiques antérieures. La microfracturation globale des roches, fonction du contexte tectonique local, va directement déterminer le degré d’altération du socle et l’évolution du chimisme des saumures. L’altération du socle par les saumures est progressive et favorise une déstabilisation fractionnée des minéraux, permettant le transfert de nombreux éléments du socle vers le bassin. Les minéraux accessoires du socle porteurs d’uranium et de terres rares sont altérés à totalement dissous et sont donc une source majeure de ces éléments pour la formation des minéralisations. Des fluides météoriques tardifs (<300 Ma) déstabilisent les oxydes d’uranium antérieurs et favorisent la cristallisation de fronts d’oxydo-réduction / New basement-hosted uranium deposits in Athabasca Basin (Saskatchewan, Canada) were recently discovered. This ore type is now a new exploration target. The formation processes of basement-hosted ores are discussed and their discovery is not obvious. To better understand this deposit type, a multidisciplinary study has been focussed on three deposits: Eagle Point, Millennium and P-Patch. The basement-hosted uranium oxides have variable chemical characteristics function of their crystallisation and posterior alteration conditions. U-Pb isotopic ages are in accordance with uranium oxides localized at the unconformity. The same tendency is observed too for Rare Earth Elements (REE) concentrations. Physico-chemical conditions and fluid circulations are thus close to for the two types of deposit. The brines associated to deposit formation circulate in the basement, for a part, thanks to metamorphic structures and microstructures reopenings under the same stress field than those occurring during the late metamorphic episodes. Microfracturing determines directly the alteration degree of the rock and thus the chemistry evolution of the brines. Basement alteration by brines is progressive and favours the successive destabilisation of mineral, permitting the transfer of several elements from the basement to the basin. Basement accessory minerals are altered to totally dissolved, indicating that the basement is a main source of uranium and REE for the mineralization formation. Late meteoric fluids (<300 Ma) destabilized previous uranium oxides and favour the crystallization of uranium redox-front in hydrothermal alteration halo

En cas de rejets de polluants ou de radionucléides dans l’atmosphère, l’estimation du lessivage des particules d’aérosol atmosphérique par les précipitations est une donnée essentielle pour évaluer la contamination de la biosphère. De nombreuses études se sont déjà intéressées à ce processus de dépôt humide, mais la plupart d’entre elles sont d’ordre théoriques ou ont été menées en laboratoire. Cette étude a donc pour objectif d’améliorer la connaissance du potentiel de lessivage des particules d’aérosol par les précipitations par une approche expérimentale en conditions in situ. Durant plusieurs mois, trois sites aux environnements distincts en termes de climatologie et d’empoussièrement ambiant ont été instrumentés pour disposer d’une palette de situations précipitations/empoussièrement la plus variée possible. Un disdromètre laser et un granulomètre (compteur électrique et/ou optique) ont mesurés respectivement les caractéristiques des précipitations et les concentrations de particules à une résolution temporelle élevée et sur une large gamme de diamètre. L’utilisation de ce couplage instrumental original a permis de déterminer les potentiels de lessivage pour des particules de la gamme nanométrique à supermicronique et pour différents types de précipitations (chutes de neige et pluies avec des hyétogrammes spécifiques). Dans un premier temps, le coefficient de lessivage ᴧ (paramètre décrivant la cinétique du processus) a été calculé en considérant l’effet global d’une précipitation. Cette approche « macroscopique » est limitée par l’influence de processus « concurrents », tels que l’advection ou les sources d’émissions de particules à proximité des sites de mesures. Pour minimiser l’impact de ces processus sur nos résultats, une seconde méthodologie basée sur la résolution temporelle élevée de l’instrumentation utilisée a été définie. Par cette approche « intra-évènementielle », les coefficients de lessivage ᴧ sont calculés sur de courtes périodes de temps, permettant ainsi d’étudier l’influence de la variabilité du diamètre des particules et des caractéristiques des précipitations sur ces coefficients. Les résultats obtenus par les deux types d’approches ont mis en évidence la nécessité de prendre en compte le diamètre des particules et les caractéristiques des précipitations pour modéliser fidèlement le lessivage des particules d’aérosol atmosphérique. En comparant les résultats des deux types de précipitations, la prédominance du lessivage par des chutes de neige par rapport au lessivage par la pluie a été illustrée. L’importance du diamètre des particules lessivées a été démontrée. Entre le mode « ultrafin » et le mode « grossiers », la variation du coefficient de lessivage est d’un ordre de grandeur (entre environ 2.10¯³et 2.10¯⁴ s¯¹). Le potentiel de lessivage minimum est obtenu pour des particules d’environ 100 nm, ce qui est cohérent avec la théorie du « Greenfield gap » (entre 0,1 et 1 µm). Pour les besoins de la modélisation, une paramétrisation robuste entre le coefficient de lessivage ᴧ et le diamètre des particules d’aérosol (de 10 nm à 10 µm) a été établie. Différentes relations entre le coefficient ᴧ et l’intensité pluviométrique sont proposées aussi pour différentes gammes de diamètre de particules et comparées notamment aux valeurs implémentées actuellement dans le modèle ldX utilisé à l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire. / In case of release of pollutant or radionuclides into the atmosphere, estimate of below-cloud scavenging of aerosol particles by precipitation (or washout) is an essential data to evaluate contamination of the biosphere. Many studies have already shown an interest to this wet deposition process, but most of them are theoretical or have been conducted in laboratories conditions. This study in situ conditions aims to improve knowledge of below-cloud scavenging of aerosol particles by precipitation. For several months, three sites with separate environments in terms of climate and ambient dust have been instrumented to have such a varied palette of precipitation/dust conditions as possible. A laser disdrometer and a granulomètre (electrical and/or optical counter) measure respectively precipitations characteristics and particles concentrations with a high temporal resolution (one minute). The use of this original instrumental coupling has allowed determining washout potentials for the nanometric size range of particles aerosol to the supermicronique size range and for different types of precipitation (snowfalls and rainfalls with specifics hyetograms).Initially, below-cloud scavenging coefficients ᴧ (parameter describing kinetic of this process) were calculated considering the gobal effet of a precipitation. This “macroscopic” approach is limited by the influence of “concurrent” processes, as advection or local emissions of aerosol particles close to the measurements sites. To minimise effect of these processes on our results, a second methodology based on the high temporal resolution of the instrumentation used was defined. With this “intra-event” approach, washout coefficients are calculated on short time scales, allowing study of impact of the variability of aerosol size and precipitations characteristics on these coefficients.Results obtained with the two approaches highlighted the need of considering particles diameter and characteristics of precipitation to model accurately below-cloud scavenging of aerosol particles. Comparing results for both type of precipitation, predomination of below-cloud scavenging by snowfalls compared with below-cloud scavenging by rainfalls was shown. The importance of the scavenged aerosol diameter was demonstrated. From the “ultrafine” size range to coarse mode of particles, below-cloud scavenging coefficient varies by an order of magnitude (from 2.10¯³ to 2.10¯⁴ s¯¹). Minimum potential is obtained for particles of about 100 nm, which is consistent with theory of “Greenfield gap” (from 0.1 to 1 µm). For modeling needs, a robust parametrization between washout coefficient ᴧ and aerosol particles diameter (from 10 nm to 10 µm) has been established. Also some relationships between coefficient ᴧ and rainfall intensity are proposed for different particles size range and compared in particular with values implemented in model ldX currently used at the French Institute of Radioprotection and Nuclear Safety.

Fruit d'une expérience de recherche de près de 30 ans dans le domaine des cavités salines, ce mémoire présente succinctement le problème industriel à l'origine de mes recherches. Qu'il s'agisse d'exploitation de sel par dissolution ou de cavités de stockage, le problème industriel ouvre en effet de nombreux axes de recherche dans diverses disciplines concernant les géomatériaux avec en particulier un couplage thermomécanique dans un matériau élastoviscoplastique subissant des transformations finies. La partie "Comportement mécanique des roches salines" rappelle les notions de base de lois de comportement d'un matériau solide et souligne deux difficultés actuelles concernant le sel gemme. Le premier problème est relatif au frettage au niveau des plateaux de la presse au cours des essais classiques de laboratoire qui peut fausser la détermination des lois qui régissent l'endommagement et la rupture de la roche (phénomène non souhaité d'hétérogénéité des contraintes dans l'éprouvette). Une démarche déjà proposée par l'auteur est utilisée pour montrer que les mêmes résultats de laboratoire concernant le phénomène de dilatance (endommagement) peuvent être interprétés par un modèle rhéologique dans lequel le matériau ne subit L'endommagement que lorsque l'une des contraintes principales est une traction. La seconde difficulté relève du caractère restreint de la gamme de validité de certaines lois classiques proposées pour décrire le comportement ductile des roches salines et en particulier la gamme de variation des contraintes (prise en compte des faibles déviateurs). Ce phénomène concernant le comportement des roches salines sous faibles déviateurs était déjà connu et ici, il est illustré par un exemple théorique original. Le chapitre "Modélisation des ouvrages souterrains" souligne l'intérêt des modélisations 1D (malgré les hypothèses simplificatrices sur la géométrie des ouvrages souterrains) et attire l'attention sur le fait qu'un modèle rhéologique qui ne représente pas correctement le comportement sous faible déviateur peut conduire à des résultats bien différents de ce qui se passe in situ. Le problème était déjà connu mais méritait que l'on y insistât avec un exemple qui peut être décliné sous diverses variantes. Dans le cadre général de la thermoélasto-viscoplasticité, il est possible d'expliquer la forte influence des faibles déviateurs sur la variation du volume d'une cavité. Par ailleurs, une méthodologie simple de prise en compte de la phase de lessivage en mécanique est présentée. On revient alors sur cette mobilité des parois des cavités durant la phase de lessivage dans le chapitre "Prise en compte du lessivage des cavités salines" mais cette fois avec l'aspect thermique. En effet, les logiciels qui modélisent le phénomène physico-chimique de dissolution ont besoin de la température dans la cavité avec une bonne précision. Aborder le problème thermique dans sa généralité (2D ou 3D) est pour le moment relativement difficile. Mais l'on peut contourner la difficulté par un modèle qui combine astucieusement des approches 1D cylindrique autour du puits, 1D sphérique autour de la cavité et 0D dans le fluide contenu dans la cavité. Une méthode originale pour le choix du modèle sphérique est décrite. Son utilisation pour un cas réel de cavité de stockage de gaz est encourageante.

La présence d'H2S dans un gisement est un important facteur de dévalorisation économique, c'est pourquoi connaitre sa concentration et sa distribution est capital pour optimiser toutes les étapes de l'exploration à la production d'un champ. Dans les conditions de pression et température des réservoirs, l'H2S est beaucoup plus soluble que les hydrocarbures et autres gaz. Le lessivage préférentiel de l'H2S par un aquifère actif pourrait ainsi entrainer la création d'hétérogénéités compositionnelles au cours du temps. L'objectif de la thèse est d'illustrer et quantifier ce processus à l'aide de simulations numériques réalisées avec Hytec, logiciel couplé géochimie-transport diphasique développé par MINES ParisTech. Le lessivage préférentiel de l'H2S est contrôlé par : la solubilité différentielle des gaz qui modifie les quantités relatives de chacun des gaz à proximité de l'aquifère ; le transport aqueux qui exporte les gaz dissous et améliore ainsi la dissolution des gaz sur le long terme ; le transport gazeux qui renouvelle les gaz dissous à l'interface et étend le lessivage du gaz à toute la structure ; les caractéristiques d'un réservoir (type d'aquifère, hétérogénéité des perméabilités).