L'évolution de la législation en matière de valorisation des déchets organiques incite au développement de filières de valorisation, parmi lesquelles le compostage présente un intérêt d'amendement pour les sols, lié notamment à la présence de substances humiques. La matière organique (MO) est une composante importante du sol en raison de son rôle dans les équilibres physiques, chimiques et biologiques, ainsi que par son implication dans le comportement des métaux et métaux traces (MMT). Les objectifs de cette thèse étaient de développer une approche méthodologique afin de caractériser la MO du sol (MOS) et étudier son évolution spatio-temporelle suite à l’apport d’un compost sur une année et 2 profondeurs, et d'approcher son impact sur le comportement des MMT. Une procédure d’extraction séquentielle en 4 étapes (eau, acide, soude, pyrophosphate) a été réalisée afin de fractionner la MOS. Des analyses quantitatives et qualitatives, ont été effectuées sur les extraits. La procédure de fractionnent chimique a permis de distinguer plusieurs catégories de composés organiques (labiles, fulviques et humiques plus ou moins aromatiques). Les analyses quantitatives et les réponses spectrales sur les extraits ont révélé un effet compost essentiellement les trois premiers mois après l’épandage et en été, avec un impact des paramètres climatiques au cours de l'année, mais pas au-delà de 15 cm. Le compost peut apporter au sol une charge supplémentaire en MMT, notamment potentiellement mobilisables, avec un risque de contamination modéré, mais non négligeable lié aux effets potentiels d’accumulation et de concentration sur le long terme. / The evolution of the legislation regarding the valorization of biowaste (green manure) induces the development of valorization chains, among which amending soils with compost is of particular interest, due to the presence of humic substances. Organic matter (OM) is an important component of the soil due to its physical, chemical and biological participation, and its implication in the behaviour of metals and trace metals (MTM).The aims of this thesis were to develop a methodological approach to characterize OM of soil (SOM) and to study its spatiotemporal evolution over one year at two different depths following the addition of compost, and its impact on the behaviour of MTM. A 4-step sequential extraction procedure (water, acid, sodium hydroxide, pyrophosphate) was used to the SOM fractionation. Quantitative and qualitative analysis were applied on extracts. Solubilization kinetics of MTM was also carried out to refine the study of their mobility.The chemical fractionation procedure allowed distinguishing several classes of organic compounds (labile, fulvic and humic with various aromaticity). Quantitative analyzes and spectral responses of the extracts revealed an effect of the compost (organic carbon, metals, aromaticity and molecular weight compounds) essentially during the first three months after spreading and during the summer period, with a climate parameter effect during the year, but not beyond 15 cm of depth. Compost can bring to the soil an additional load of MTM, including potentially mobilized forms, with a moderate, but not negligible risk of contamination, due to the potential effects of accumulation and concentration over the long term.

Les nuages sont des éléments essentiels de notre atmosphère qui agissent à la fois sur le bilan radiatif terrestre et sur sa capacité oxydante en transformant chimiquement une grande variété d'espèces solubles. Ces nuages se forment par la condensation de vapeur d'eau sur des particules d'aérosols, appelés noyaux de condensation. La fraction soluble de ces particules conditionne l'hygroscopie des particules et détermine ainsi la taille des gouttes du nuage. Ce paramètre est déterminant pour définir les propriétés optiques des nuages. De plus, la dissolution des particules est la source primaire en phase aqueuse de différentes espèces dont les métaux de transition. Ces éléments sont impliqués dans divers processus d'oxydoréduction et en particuliers dans les processus responsables de la formation des pluies acides. Il est par conséquent très important de connaître, de manière fiable, les processus aboutissant à la solubilisation de l'aérosol dans les gouttes d'eau nuageuses. Le principal objectif de ce travail a donc été de développer un outil expérimental puis une approche de modélisation afin de comprendre et de simuler la dissolution des particules piégées dans une phase nuageuse liquide. Dans un premier temps, ce travail a consisté à mettre en oeuvre un dispositif expérimental, comportant un réacteur de dissolution en circuit ouvert, qui permet de suivre la cinétique de dissolution dans des conditions proches des conditions nuageuses. Cet outil expérimental a ensuite été utilisé pour une caractérisation systématique des différents facteurs d'influence recensés jusqu'alors sur la dissolution, c'est à dire le pH, la nature des aérosols, leur degré d'altération... mais également sur des facteurs jusqu'alors non expérimentés que sont la force ionique, la nature des acides et les cycles d'évapocondensation nuageuse. Les expériences de dissolution menées sous ces différentes conditions nuageuses ont permis de mettre en avant et de quantifier l'effet important des ions H+ et OH- sur la dissolution, ainsi que du degré de solubilisation de la particule. Ces observations ont ensuite été utilisées pour l'élaboration d'un mécanisme de dissolution des particules en phase aqueuse. Une quantification de ce mécanisme a enfin été réalisée en paramétrisant les principaux facteurs impliqués dans la dissolution. La comparaison des résultats calculés et expérimentaux montre une assez bonne adéquation, validant la paramétrisation effectuée. Finalement ce travail permet d'apporter des informations qualitatives et surtout quantitatives des interactions entre l'eau et les particules d'aérosols qui étaient encore manquantes et montrent notamment l'importance du processus de dissolution pour comprendre le rôle des aérosols dans l'implication climatique et chimique des nuages.

Les objectifs de cette étude comparative de deux bassins versants en France et en Ukraine sont de trois ordres. i) déterminer l'occurrence des micropolluants émergents (métaux traces et molécules pharmaceutiques) dans les eaux de surface, ii) permettre leur évaluation qualitative et quantitative et enfin iii) estimer leur distribution en fonction du contexte socio-économique. Cette recherche porte sur l'analyse de l'origine, sur les propriétés physico-chimiques et sur le comportement des micropolluants (métaux traces et molécules pharmaceutiques) dans les eaux des rivières Jalle (Bordeaux, France) et Udy & Lopan (Kharkiv, Ukraine). Un suivi des métaux traces et des produits pharmaceutiques dans les eaux naturelles de surface dans différents contextes et conditions climatiques a été réalisé. La description et l'analyse des facteurs environnementaux et socio-économiques influençant l'hydrochimie locale en vue de conclure sur l'opportunité et l'intérêt des micropolluants émergents comme indicateurs anthropogéniques du contexte socio-économique et environnemental d'un bassin versant ont été mis en oeuvre. L'étude a combiné des techniques de prélèvements d'échantillons d'eau classiques et par capteurs passifs in situ. L'analyse semi quantitative des micropolluants émergents a porté sur les métaux traces (sondes DGT) et les produits pharmaceutiques (POCIS). L'usage de ces capteurs a permis d'évaluer les différentes formes d'éléments, les sources, les variations saisonnières et spatiales, l'accumulation et les risques environnementaux. A partir des données environnementales collectées, acquises, actualisées et validées il a été possible de modéliser la consommation régionale de médicaments dans le cas de (1) la région de Kharkiv, en Ukraine, sur les rivières Lopan et Udy du bassin Seversky Donets et (2) la région de Bordeaux, en France, sur la rivière Jalle, du bassin de la Garonne. Les sites ont été sélectionnés pour représenter une diversité tant du point de vue de l'état de pollution des eaux (nature et flux) que de celui du paysage socio-économique (contexte urbain, social et indicateurs économiques). Les résultats majeurs de cette étude sont : (i) méthodologique pour le développement et la validation de protocoles d'échantillonnage classique et passif (intérêt, limites, recommandations), ii) analytique quant à la mesure des éléments traces des eaux de surface naturelles dans des conditions extrêmes, iii) scientifique par l'obtention d'un jeu de données sur l'hydrochimie des éléments traces ( présence, accumulation, origine et variabilité spatiale et temporelle et iv) prospectif quant à l'usage des métaux traces et de produits pharmaceutiques comme traceurs anthropiques de l'état des eaux naturelles de surfaces et reflet du contexte socio économique. La modélisation socio-économique (statistique) et environnementale (balance de masse) aide à comprendre l'évolution de la qualité des eaux de surface dans leur contexte régional et permet d'identifier certains contaminants comme des indicateurs des activités anthropiques d'un bassin versant et permet de définir une typologie. L'ensemble des résultats de la thèse ont présentés sous la forme d'articles publiés ou soumis dans des revues scientifiques internationales.

Les objectifs de ce travail sont de : (1) mieux comprendre l'hydrochimie des REE dans les eaux douces continentales (2) déterminer le mode de transport des REE dans ces systèmes (dissous/colloïdal) (3) tester les REE comme traceurs des circJlations d'eau dans les bassins versants d'ordre 1 ,en climat océanique tempéré. Le bassin versant de Kervidy (Bretagne) est situé sur un substratum schisteux imperméable. Deux domaines sont identifiés: (i) un domaine de versantbien drainé. La nappe profonde est oxydante et légèrement acide (pH::::5,5) dans sa partie supérieure, alors que plus profondément elle est réductrice. L'eau est pauvre en matière organique sur l'ensemble de la nappe (COD <2 mg/I) . (ii) une zone hydromorphe de fond de vallée composée de sols temporairement saturés en eau. La nappe superficielle y est riche en matière organique (COD = 10 à 30 mg/I) et présente un pH légèrement plus élevé (:::: 6,5) . Ces eaux sont temporairement réductrices (Eh::::250 mV en hiver et au printemps). Cette étude comporte un suivi bimensuel des teneurs en éléments traces et en COD dans les eaux filtrées à 0,2 !-lm et des paramètres chimiques (Eh, pH). La séparation des espèces sous forme colloïdale et des solutés a été réalisée par ultrafiltration tangentielle. Les teneurs en éléments traces ont "été déterminées par ICP-MS. . Cette étude montre que chaque système possède une signature en REE spécifique stable dans le temps. Ces signatures ne sont pas liées à l'encaissant géologique mais à des processus physico-chimiques se produisant à l'interface eau/roche. La forte anomalie négative en Ce dans la partie supérieure de la nappe profonde (Ce/Ce*=0,06 à 0,6) résulte de l'oxydation du Ce3+ en Ce4+ (précipitation sous forme de Ce02 insoluble). L'absence d'anomalie dans la partie inférieure de la nappe profonde est la conséquence des conditions réductrices. L'absence d'anomalie en Ce èt l'enrichissement en LREE par rapport aux HREE de la nappe superficielle de fond de vallée est liée à la complexation des REE par des colloïdes organiques. En outre les variations temporelles des abondances sont controlées par des changements de conditions rédox. Les teneurs en métaux traces et en COD du ruisseau à l'exutoire augmentent avec les débits. Ainsi, les eaux des zones hydromorphes alimentent le ruisseau majoritairement en périodes de crue. Cette étude met en évidence le rôle majeur de deux facteurs sur la distribution des REE et leur transfert vers les réseaux hydrographiques : la présence de colloïdes et le fonctionnement hydrologique du bassin versant. Nos résultats révèlent un lien étroit entre l'hydrologie du système, les conditions d'oxydo-réduction et la nature des particules colloïdales. Ces facteurs sont à considérer pour toute estimation des flux de métaux traces depuis le sytème terrestre jusqu 'au réseau hydrographique.

Dans les aciéries, la conversion de la fonte en acier est une opération qui génère des quantités très importantes de déchets : les laitiers d'aciérie de conversion (LAC), qui sont en partie valorisés en tant que granulats en génie civil. Cette thèse vise à quantifier et à expliquer le comportement à la lixiviation des LAC, c'est-à-dire leur altération et le relargage des métaux traces (Cr, V) qu'ils contiennent, par l'identification des mécanismes physico-chimiques qui régissent, au sein même de la matrice solide, la mobilité et le transfert des éléments. L'approche expérimentale choisie est basée sur des tests de lixiviation (en laboratoire à l'aide du CTG-Leachcrete et en lysimètre à l'échelle semi-pilote) et des spectroscopies d'absorption et de fluorescence des rayons X permettant de caractériser à l'échelle du site cristallochimique le degré d'oxydation, la symétrie et la nature des phases porteuses des éléments.<br />Le Cr exclusivement trivalent, très stable dans les sites octaédriques d'une ferrite de calcium, est très peu relargué lors des tests de lixiviation en laboratoire et en lysimètre. Une phase de type spinelle, issue de l'altération de (Fe, Mn, Mg)O contrôle également la mobilité du Cr(III). Au contraire, le V(III) subit une oxydation en V(V) au sein même de sa phase porteuse, qui s'accompagne d'une perte de symétrie, à l'origine de sa mobilité à l'échelle du laboratoire.<br />Les données issues de ces expériences ont permis d'écrire les équations thermodynamiques d'équilibre à l'origine de l'initialisation d'un modèle géochimique robuste (CHESS) reproduisant l'altération des LAC : évolution minéralogique et courbes cinétiques de relargage obtenues lors des tests de lixiviation statique et dynamique en laboratoire. Ce modèle vise à terme à prédire le comportement à long terme des LAC dans un scénario de valorisation donné.

L’objectif de cette thèse est de caractériser les Rejets Urbains par Temps de Pluie (RUTP) et leur flux au niveau des exutoires d’eaux pluviales de trois sous-bassins majeurs de l'agglomération orléanaise. Pour cela des prélèvements ponctuels d’eau ont été effectués et un modèle conceptuel a été utilisé. Les trois sous-bassins : La Corne (463 ha), l'Egoutier (2080 ha) et Ormes (2256 ha) ont des occupations du sol différentes.D’une manière générale, la conductivité, la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique en oxygène (DBO5 et la DBO28), le carbone organique dissout (COD), l'azote total(NT), et les concentrations en anions et cations majeurs étaient plus élevés par temps sec que par temps de pluie indiquant un effet de dilution par les précipitations. Il a été mis en évidence un mélange des eaux pluviales avec des eaux usées dans le sous bassin d’Ormes. L’occupation des sols et les activités anthropiques influencent de manière significative la qualité du ruissellement. Par exemple, dans le sous-bassin de l’Egoutier, la présence d’une zone imperméable (industries et habitations) importante (40% de la surface) est responsable d’une augmentation des paramètresDBO5, DBO28, COD et NT.Les flux aux exutoires des différents paramètres de qualité de l’eau ont été évalués et comparés à ceux issus des quatre principales stations d’épuration (STEP) et à ceux de la Loire. La charge destrois sous-bassins urbains représente environ 166,61% de la charge des quatre STEP. Les trois sous bassins ont un faible impact sur la Loire en termes de flux annuels (environ 1,62% pour les MES par temps de pluie).Deux versions d’un modèle conceptuel dit d'accumulation/lavage-transport ont été évaluées pour estimer les flux de ruissellement des polluants ; la version classique et une version modifiée dans laquelle le paramètre accumulation des polluants a une forme logarithmique. Les performances des modèles étaient acceptables pour les MES et la DCO. Les coefficients de corrélation étaient supérieurs à 90% pour le sous bassin de l’Egoutier, par exemple. Pour les éléments traces métalliques en phase particulaire, la corrélation avec l’expérience était bonne également. D’une manière générale, lorsqu'un flux mesuré était inférieur à 1 kg.ha-1, les modèles n’étaient plus applicables.Des premiers essais de simulation de la qualité et la quantité de RUTP ont été effectués à partir de MIKE URBAN, qui équipe les deux logiciels de modélisation MOUSE et SWMM. Les hydrogrammes ont indiqué que le débit maximum obtenu avec SWMM était toujours inférieur à celui obtenu avec MOUSE. La qualité de l’eau (masse de MES) était toujours plus fortement impactée par le lessivage des MES dans le modèle MOUSE que dans SWMM.Ce travail constitue la première étape du travail d'évaluation de RUTP pour l'Agglomération orléanaise. Il constitue une base solide pour un futur programme de surveillance continue. / The objective of this thesis was to characterize urban runoff water at the level of stormwater outletson three major urban sub-basins of the Orléans agglomeration, covering land areas ranging in size from463 to 2257 ha and with contrasted land use. 11 individual rain events were sampled at runoff outletsbetween April 2015 and June 2017 and 10 campaigns were also carried out in dry weather.In general, it was observed that the conductivity, chemical oxygen demand (COD), biochemicaloxygen demand (BOD5 and BOD28), dissolved organic carbon (DOC), total nitrogen (NT), anions andmajor cations were found to be higher in dry weather conditions than in rainy weather. These resultsindicate a dilution effect due to precipitation.A mixture of rainwater and wastewater was also identified in the sub-basin of Ormes. Land use andhuman activities in the sub-basin studied were found to significantly influence the quality of the resultedrunoff from rainfall events. For example, in the Egouttier sub-basin 2, the presence of a large imperviouszone (industrial and residential, 40% of the surface area) was responsible for an increase in the parametersBOD5, BOD28, COD and NT.The flows at the outlets of the different water quality parameters were evaluated and compared withthose from the four main wastewater treatment plants (WWTP) and those from the Loire. The estimatedloads of the three sub-urban basins accounts for approximately 166.61% of the load of the four WWTP.The three sub-basins have a small impact on the Loire in terms of annual flows (about 1.62% for wetweather case).Two versions of a conceptual model of accumulation / washoff were evaluated to estimate pollutantrunoff; the classical version and a modified version in which the pollutant accumulation parameter has alogarithmic form. The performances of the models were found acceptable for the MES and the COD. TheNash-Sutcliffe (NS) coefficients were found as 0.84 and 0.85 for the two versions at the Egouttier subbasin.For trace elements in particulate phase, the correlation with the experimental measured value wasfound good as well. In general, when a measured flow was less than 1 kg.ha-1, the modified model was nolonger applicable.The first simulation tests of the quality and quantity of urban runoff were carried out with MIKEURBAN, which equips both MOUSE and SWMM modeling software. For water quantity, the hydrographsindicated that the maximum flow obtained with SWMM was always lower than that obtained with MOUSE.For water quality, TSS mass was still more strongly impacted by the leaching of TSS in the MOUSE modelthan in the SWMM model.This work can be considered as the first step of the evaluation work of RUTP for the Orléansagglomeration. It provides a solid foundation for a future monitoring program.