L'utilisation couplée de la géophysique, de traçages d'essais, de bilan hydrique, de la géologie, de l'hydrogéologie, et d'analyse statistique sur les données physico-chimiques a permis de mettre en évidence -des infiltrations de lixiviats comprises entre 31 et 43% à travers une interface naturelle shisteuse, et > à 45% à travers une barrière artificielle géomembranaire, -et un impact localisé sur le réseau piézométrique existant. Les lixiviats récoltés sont traités par lagunage naturel. Suite à l'arrêt des dépôts, l'activité de biodégradation diminue et engendre une baisse de la nocivité des lixiviats bruts, modifiant ainsi le fonctionnement hydrobiologique des lagunes. On note une diversification de l'ensemble des composants de la boucle microbienne assurant le recyclage de la matière. La structuration de la pyramide trophique a permis d'atteindre en dernière lagune, un écosystème viable pour la faune piscicole. Les lixiviats traités subissent une seconde épuration naturelle dans le ruisseau récepteur. Une approche bactériologique des lixiviats, des lagunes et des eaux souterraines a permis d'évaluer la survie des bactéries fécales dans ces différents milieux. Cette décharge ne constitue pas une source importante de bactéries fécales. L'étude de ce site où lixiviats de décharge et apports de fosse septique se mélangent confirme le rôle d'Escherichia coli et des Entérocoques comme marqueurs de contamination fécale assez récente. L'aquifère schisteux s'apparente plus à un aquifère fracturé qu'à une zone imperméable, avec une circulation préférentielle le long de fractures qui n'assure pas une filtration et en font un aquifère vulnérable aux contaminations bactériennes.

La eliminación biológica de nitrógeno amoniacal se ha llevado a cabo, habitualmente, a través del proceso convencional de nitrificación-desnitrificación. Sin embargo, los lixiviados generados en los depósitos controlados de residuos sólidos urbanos contienen elevadas cantidades de amonio y bajas concentraciones de materia orgánica biodegradable, así como una elevada salinidad. En este caso, para reducir el elevado coste económico que supone aplicar los procesos convencionales en este tipo de efluentes es conveniente desarrollar sistemas alternativos. Uno de estos nuevos procesos biológicos se basa en el proceso anammox (acrónimo en inglés de anaerobic ammonium oxidation) previa nitritación parcial de amonio a nitrito. El proceso anammox es un proceso autotrófico que realiza la conversión de amonio y nitrito a nitrógeno gas bajo condiciones anaerobias. El menor consumo de oxígeno durante el proceso de nitritación parcial y la no necesidad de adicionar materia orgánica para desnitrificar representan un importante ahorro económico respecto a los tratamientos convencionales / Biological nitrogen removal has traditionally been performed by the conventional nitrification-denitrification process. Leachates generated in urban solid waste landfills are characterized by high ammonia concentration and low biodegradable organic matter content, as well as high salinity. In order to reduce the economic costs associated with the conventional process currently used for this kind of effluents, it is necessary to develop alternative treatment procedures. One of these alternative biological systems is the anammox (anaerobic ammonium oxidation) process, previous partial nitritation from ammonia to nitrite. It is an autotrophic process that converts ammonia and nitrite to dinitrogen gas under anaerobic conditions. When compared to conventional treatments, the combined partial nitritation and anammox processes have lower dissolved oxygen consumption for partial nitritation and organic matter is no longer needed for autotrophic denitrification.

Ce travail a pour objectif d’étudier l’impact d’une installation de stockage de déchets nondangereux sur l’eau souterraine. L’ISDND d’Étueffont (90) dont le mode d’exploitation associedes prétraitements mécanique et biologique (broyage et maturation aérobie) comporte un casiernon sécurisé ainsi qu’un casier étanche. La caractérisation des lixiviats sur 21 ans (1989-2010)montre une dégradation rapide des déchets. Un état de stabilisation est atteint en fin de suivi. Lesprétraitements ont permis d’accélérer la dégradation des déchets et de réduire le potentiel polluantde l’ISDND. Les lixiviats sont traités in situ par lagunage naturel. Bien que cette technique soitpeu répandue pour le traitement des lixiviats, elle offre pourtant des abattements significatifs (75-90 %) de la matière organique, des matières en suspension, de l’azote et du phosphore. Lesprécédentes études ayant démontré une contamination de l’eau souterraine par les lixiviats, unedélimitation du panache de contamination a été entreprise en combinant des prospectionsgéophysiques du secteur (tomographie de résistivité électrique) et des analyses physico-Chimiquesde l’eau. Les résultats montrent une infiltration des lixiviats à la base du casier non sécurisé ainsiqu’au travers de la géomembrane du casier sécurisé. Une légère infiltration des eaux de lagunagea aussi été observée au niveau des lagunes. Le panache a une étendue limitée et se concentreessentiellement sous la base de l’ISDND. L’ensemble des résultats a permis de cibler les zonescontaminées et de définir les paramètres physico-Chimiques à surveiller dans le cadre du suivipost-Exploitation auquel est soumise l’ISDND jusqu’en 2031. / The purpose of this work was to evaluate the impact of a landfill on groundwater quality.Municipal solid waste from the Etueffont landfill (Belfort area, France) was mechanically andbiologically treated (shredding and aerobic composting) before being disposed of in an unlinedarea and in a lined cell. The leachate characterization performed over a 21-Year period (1989-2010) showed a rapid degradation of waste. A steady state was reached at the end of themonitoring. Waste pretreatment enhanced the rate of biodegradation and reduced the pollutionpotential of the landfill. The leachate produced was treated on site in a natural lagooning. Whilelagooning is not a widespread practice for leachate treatment, significant removal (75-90 %) oforganic matter, suspended solids, nitrogen and phosphorus was observed. In previous studies,groundwater contamination was highlighted around the landfill. As a consequence, geophysicalinvestigations of the area by electrical resistivity tomography and physico-Chemical analyses wereconducted in order to delineate the contamination plume. The results showed leachate infiltrationinto the soil below the unlined part of the landfill and leakage through the watertightgeomembrane of the lined cell. Seepage of wastewater into the soil below the lagoons was alsoobserved. The extent of contamination plume was limited and was mostly limited to the landfillboundaries. The results of this work allowed to determine the location of the contaminated areasand helped to choose the appropriate physico-Chemical analytes of the post-Closure groundwatermonitoring program, which will be applied to the landfill until the end of 2031.

L'objectif de cette thèse a été de développer une technologie pour l'assainissement des sols / sédiments sélénifères et d’étudier la réduction microbienne des oxy-anions de sélénium dans différentes conditions de respiration et de configurations du bioréacteur.Le sol sélénifère prélevé, dans les terres agricoles cultivées de blé au Pendjab (Inde), a été caractérisé et son lavage a été optimisé en faisant varier les paramètres tels que le temps de réaction, la température, le pH et le rapport liquide / solide. Afin de maximiser l'élimination et la récupération du sélénium à partir de ce sol, l'effet des ions compétiteurs et les composés oxydants comme les agents d'extraction pour le lavage du sol, ont également été étudiés. Bien que les agents oxydants aient montré une efficacité maximale d'élimination du sélénium (39%), la présence d'agents oxydants dans le lixiviat et le sol agricole peut augmenter le coût de leur post-traitement. Les plantes aquatiques, Lemma minor et Egeria densa ont été utilisées pour étudier la phyto-remédiation du lixiviat du sol contenant des agents oxydants. Cependant, l'efficacité d'élimination du sélénium par les plantes aquatiques a été significativement affectée par les fortes concentrations de ces agents oxydants dans le lixiviat du sol.Le rinçage du sol sélénifère a révélé un motif de migration du sélénium à travers la colonne du sol. La migration de la fraction de sélénium soluble de la couche supérieure vers la couche inférieure et sa réduction et son accumulation subséquentes dans les couches inférieures de la colonne de sol, ont été observées pendant le rinçage du sol. L'efficacité d'élimination du sélénium par la méthode de rinçage du sol a diminué avec une augmentation de la hauteur de la colonne. De plus, le lixiviat contenant des oxy-anions de sélénium obtenus à partir du lavage du sol, a été traité dans un réacteur UASB en faisant varier l'alimentation organique. Des effluents contenant moins de 5 μg de sélénium L-1 ont été obtenus, ce qui est conforme aux normes de l'USEPA pour la limite de rejet de sélénium dans les eaux usées.De plus, la bio-remédiation ex situ des oxy-anions de sélénium a été étudiée dans des conditions variables. Une bactérie aérobie (Delftia lacustris) capable de transformer le sélénate et le sélénite en sélénium élémentaire, mais aussi en composés d'ester de sélénium solubles jusque-là inconnus, a été isolée et caractérisée de manière fortuite. Alternativement, la bio-réduction anaérobie du sélénate couplé au méthane en tant que donneur d'électrons, a été étudiée dans des bouteilles de sérum et un filtre percolateur en utilisant des sédiments marins comme inoculum. Enfin, l'effet de la contamination d'autres oxy-anions chalcogènes, en plus du sélénium, a été étudié. La réduction simultanée de la sélénite et de la tellurite par un consortium microbien mixte ainsi que la rétention des nanostructures de Se et de Te biogènes dans l'EPS, ont été réalisées durant une opération de 120 jours dans un bioréacteur UASB / The aim of this Ph.D. was to develop a technology for the remediation of seleniferous soils/sediments and to explore microbial reduction of selenium oxyanions under different respiration conditions and bioreactor configurations.Seleniferous soil collected from the wheat-grown agricultural land in Punjab (India) was characterized and its soil washing was optimized by varying parameters such as reaction time, temperature, pH and liquid to solid ratio. In order to maximize selenium removal and recovery from this soil, effect of competing ions and oxidizing agents as chemical extractants for soil washing were also studied. Although oxidizing agents showed a maximum selenium removal efficiency (39%), the presence of oxidizing agents in the leachate and the agricultural soil may increase the cost of their post-treatment. Aquatic plants, Lemma minor and Egeria densa were used to study phytoremediation of the soil leachate containing oxidizing agents. However, the selenium removal efficiency by aquatic weeds was significantly affected by the high concentrations of these oxidizing agents in the soil leachate.Seleniferous soil flushing revealed the selenium migration pattern across the soil column. Migration of soluble selenium fraction from the upper to the lower layers and its subsequent reduction and accumulation in the lower layers of the soil column was observed during soil flushing. The selenium removal efficiency by the soil flushing method decreased with an increase in the column height. Furthermore, the soil leachate containing selenium oxyanions obtained from soil washing was treated in a UASB reactor by varying the organic feed. Effluent containing less than 5 μg L-1 selenium was achieved, which is in accordance with the USEPA guidelines for selenium wastewater discharge limit.Moreover, ex situ bioremediation of selenium oxyanions was studied under variable conditions. An aerobic bacterium (Delftia lacustris) capable of transforming selenate and selenite to elemental selenium, but also to hitherto unknown soluble selenium ester compounds was serendipitously isolated and characterized. Alternatively, anaerobic bioreduction of selenate coupled to methane as electron donor was investigated in serum bottles and a biotrickling filter using marine sediment as inoculum. Finally, the effect of contamination of other chalcogen oxyanions in addition to selenium was studied. Simultaneous reduction of selenite and tellurite by a mixed microbial consortium along with the retention of biogenic Se and Te nanostructures in the EPS was achieved during a 120-day UASB bioreactor operation

Els lixiviats d'abocadors urbans són aigües residuals altament contaminades, que es caracteritzen per les elevades concentracions d'amoni i el baix contingut de matèria orgànica biodegradable. El tractament dels lixiviats a través dels processos de nitrificació-desnitrificació convencionals és costós a causa de la seva elevada demanda d'oxigen i la necessitat d'addició d'una font de carboni externa. En els darrers anys, la viabilitat del tractament d'aquest tipus d'afluents per un procés combinat de nitritació parcial-anammox ha estat demostrada. Aquesta tesi es centra en el tractament de lixiviats d'abocador a través d'un procés de nitritació parcial en SBR, com un pas preparatori per a un reactor anammox. Els resultats de l'estudi han demostrat la viabilitat d'aquesta tecnologia per al tractament de lixiviats d'abocador. El treball va evolucionar des d'una escala inicial de laboratori, on el procés va ser testat inicialment, a uns exitosos experiments d'operació a llarg termini a escala pilot. Finalment, la tesi també inclou el desenvolupament, calibració i validació d'un model matemàtic del procés, que té com a objectiu augmentar el coneixement del procés. / Urban landfill leachate are highly contaminated wastewater, usually characterised by high ammonium concentrations and low biodegradable organic matter content. Treating leachate through conventional nitrification-denitrification processes is expensive due to its high oxygen demand and the requirement of a supplementary external carbon source. In recent years, the feasibility of treating such streams with a low C:N ratio by a combined partial nitritation-anammox process has been demonstrated. This thesis deals with the treatment of landfill leachate by a partial nitritation-SBR, as a preparative step for an anammox reactor. The results of the study have demonstrated the feasibility of this technology for the treatment of landfill leachate. The work evolved from initial lab-scale studies, where the process was first tested, to a successful long-term experiment at pilot-scale. In addition, the thesis also includes the development, calibration and validation of a mathematical model of the process, aiming at increasing process knowledge.

This thesis results from the collaborative projects between the LEQUIA-UdG group and Cespa (a company in charge of several landfill sites in Spain). The aim of the work was the development of a suitable alternative treatment for nitrogen removal from mature landfill leachates. The thesis presents the application of the anammox (anaerobic ammonium oxidation process) process to treat ammonium rich leachates as the second step of the PANAMMOX® process. The work deals with preliminary studies about the characteristics of the anammox process in a SBR, with special focus on the response of the biomass to nitrite exposure. The application of the anammox process with leachate was first studied in a lab-scale reactor, to test the effect of the leachate matrix on anammox biomass and its progressive adaptation. Finally, a start-up strategy is developed and applied for the successful start-up of a 400L anammox SBR in less than 6 months. / Aquesta tesi és fruit de la col•laboració entre el grup LEQUIA-UdG i Cespa. L'objectiu del treball va ser el desenvolupament d'un tractament alternatiu per a l'eliminació biològica de nitrogen dels lixiviats madurs d'abocador. La tesi presenta l'aplicació del procés anammox (anaerobic ammonium oxidation) per tractar elevades càrregues de nitrogen en el segon pas del procés PANAMMOX ®. El treball inclou estudis preliminars sobre les característiques del procés de anammox en un SBR, amb especial atenció a la resposta de la biomassa a l'exposició de nitrit. L'aplicació del procés anammox amb lixiviat es va estudiar inicialment en un reactor a escala de laboratori, per provar l'efecte de la matriu del lixiviat sobre la biomassa anammox i la seva adaptació progressiva. Finalment, es va desenvolupar una estratègia de posada en marxa que va ser aplicada amb èxit per a la posada en marxa d'un SBR anammox de 400L en menys de 6 mesos.

Le devenir des déchets constitue aujourd'hui un enjeu important. L'argile compactée, et plus particulièrement la smectite, est le matériau traditionnel utilisé comme barrière passive en fond de site de stockage. Les lixiviats de déchets sont notamment caractérisés par une importante concentration en ions ammonium et par la présence de nombreuses molécules organiques. Pour limiter la pollution, la barrière doit répondre à deux critères importants : la rétention de polluants et l'imperméabilité. Cette étude s'est intéressée aux interactions entre une montmorillonite préalablement échangée NH4 + et des molécules à courtes chaînes caractéristiques de celles présentes dans les lixiviats. Le travail de thèse a d'abord montré que la présence d'ammonium en cation interfoliaire réduit les capacités d'hydratation de la smectite SWy-2(NH4). L'étude des interactions en méthode " batch " a montré que les acides acétique et formique, l'acétonitrile, le dichlorométhane, le MTBE, le benzène, l'acétone et l'éthanol ne sont pas ou sont très faiblement retenus sur l'argile ammoniée. Au contraire, les acides chloroacétique et oxalique, l'aniline, le formamide et le phénol se fixent selon différents mécanismes. Les interactions avec les acides carboxyliques mettent aussi en évidence une légère dissolution de l'argile et un échange cationique de NH4 + par H3O+ et Al3+, dépendant en particulier de la granulométrie. L'étude de la perméabilité des barrières géochimiques en oedométrie a permis de montrer que l'argile ammoniée et les argiles polluées par des molécules présentent une conductivité hydraulique plus élevée, qui réduit fortement l'efficacité de la barrière.

Dans la région traversée par le plus important cours d’eau permanent d’Algérie l’Oued Cheliff, les déchets ménagers sont fréquemment mis en décharges à ciel ouvert, constituant une véritable menace environnementale à cause de la contamination causée par les lixiviats. Deux décharges ont été prises pour étude de cas : la première située sur l’Oued Hillil, affluent secondaire de l’Oued Chéliff et la deuxième localisée sur l’Oued Cheliff.Des prélèvements saisonniers d’eau et de sédiments ont été effectués dans les cours d’eau. Au sein de la décharge les lixiviats et les sols ont aussi été prélevés. L’impact des décharges a été évalué par l’analyse des paramètres physico-chimiques dans les liquides et des métaux dans tous les compartiments (eaux, lixiviats, sols et sédiments). L’analyse des traceurs fluorescents dans tous les compartiments est utilisée pour le suivi de la pollution urbaine.Cette étude a mis en évidence l’effet saisonnier important de l’impact des décharges sur les cours d’eau. Au printemps, les lixiviats présentes de fortes teneurs en traceurs fluorescents, Cr, Co, Mn, Ni issus de dépôt importants de déchets verts. En automne, ils reflétaient plutôt une contamination par NO2-, SO42-, PO43-, Fe, Cu, Cr provenant de résidus de produits agricoles (engrais, traitements phytosanitaires). Les eaux des deux cours d’eau sont très chargées en Cl- et Sr en toute saison dû à la nature saline des sols de la région.Les concentrations des métaux dans les sols des décharges sont largement supérieures à celles des sédiments fluviaux et révèlent une contamination métallique élevée (Cd, As, Zn, Cr, Pb), reflétant l’impact de déchets urbains (piles, batteries, plastiques…) / In the region crossed by the largest permanent watercourse of Algeria Oued Cheliff, household waste is frequently put in open dumps, constituting a real environmental threat because of the contamination caused by the leachates. Two landfills were taken for the case study: the first located on Oued Hillil, a secondary tributary of Oued Chéliff and the second located on Oued Cheliff.Seasonal sampling of water and sediment has been conducted in streams. In the landfill, leachates and soils were also collected. The impact of landfills was assessed by analyzing physico-chemical parameters in liquids and metals in all compartments (water, leachate, soils and sediments). The analysis of fluorescent tracers in all compartments is used for monitoring urban pollution.This study has highlighted the important seasonal effect of the impact of landfills on rivers. In the spring, leachates present high levels of fluorescent tracers, Cr, Co, Mn, Ni from large deposits of green waste. In autumn, they reflected rather NO2-, SO42-, PO43-, Fe, Cu, Cr contamination from residues of agricultural products (fertilizer, phytosanitary treatments). The waters of both rivers are heavily loaded with Cl- and Sr in any season due to the saline nature of the soils of the region.The concentrations of metals in landfill soil are much higher than those of river sediments and reveal a high metallic contamination (Cd, As, Zn, Cr, Pb), reflecting the impact of urban waste (batteries, batteries, plastics ...)

L’objectif de ce travail de thèse est d’évaluer le degré de contamination des différents compartiments du site de la décharge d’Étueffont à savoir : les lixiviats, les sédiments, l’eau souterraine, les poissons, les insectes et les microorganismes de la décharge d’Étueffont. Ce travail de recherche est structuré en neuf chapitres.Après une première partie (Part I) consacrée à une étude bibliographique, le deuxième chapitre (Part II) présente le site d’étude, c’est-à-dire l’installation de stockage de déchets non dangereux(ISDND) d’Étueffont. La troisième partie (Part III) est consacrée à l’analyse de la qualité des lixiviats dans les lagunes, les unités de stockage des déchets « Nouveau casier », « Sous casier », « Ancienne décharge », les ruisseaux du gros Pré et Mont Bonnet. La quatrième partie (Part IV) intitulée « Contamination métallique des sédiments du site de la décharge d’Étueffont », aborde l’étude de la variation spatiotemporelle des éléments traces métalliques au niveau des lixiviats et des sédiments dans les quatre lagunes du site de la décharge d’Étueffont. Afin de déterminer le degré de contamination métallique des lixiviats et des sédiments, nous avons procédé à un suivi de certains éléments localisés en amont, au milieu et en aval de chaque lagune avec un pas d’échantillonnage trimestriel entre octobre 2013 et avril 2016. La cinquième partie (Part V), complémentaire du chapitre précédent, définit plus précisément la distribution spatiale du panache à travers l’analyse de la qualité de l’eau souterraine au moyen de piézomètres. La sixième partie (Part VI) concerne les effets des métaux lourds sur les échanges gazeux et la fluorescence des chlorophylles chez (Typha latifolia). Le septième chapitre (Part VII) est consacré à l’étude des microorganismes de la décharge d’Etueffont : apport de la cytométrie en flux. Dans le huitième chapitre (Part VIII), nous aborderons l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques dans le Chironome Chironomus riparius. La dernière partie (Part IX) intitulée « Étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau des différents organes du gardon Rutilus rutilus», aborde l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau de différents organes (muscle, foie, arêtes et branchies). / The objective of this thesis work is to estimate the contamination level in the various compartments of the Étueffont discharge site namely: leachates, sediments, groundwater, fishes and insects. The microorganisms (< 10 µm) of the Étueffont discharge of were investigated at the single cell level by flow cytometry. This research work is structured in nine chapters.The first part (Part I), is dedicated to a literature review. Part II presents the study site, the storage of non-hazardous waste (ISDND) at Étueffont. Part III is dedicated to the analysis of leachate quality in lagoons, NC, SC, AD, MB and GP. Part IV addresses "Metal Sediment Contamination of Étueffont discharge site" It concerns the study of spatial and temporal variation of trace metals in leachate and sediment in the four lagoons landfill site of Étueffont. To determine the metal contamination level in leachate and sediment, we conducted follow-elements located upstream, middle and downstream in each lagoon with quarterly sampling between October 2013 and April 2016. Part V complements the previous chapter, by specifically defining the spatial distribution of the plume through the quality analysis of the piezometer groundwater. Part VI addresses the heavy metals impacts on gas exchange and chlorophyll fluorescence in (Typha latifolia). Part VII is dedicated to the microorganisms (<10 µm) investigation in the Étueffont discharge: by using flow cytometry. In the (Part VIII), we addressed the study of bioaccumulation of trace metallic elements (Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd and Pb) in insect Chironomus riparius. Part IX entitled "Study bioaccumulation of trace metals in the various organs of roach Rutilus rutilus" concerns bioaccumulation of trace metals in different organs (muscle, liver, bones and gills) of this fish.