Les procédés à membranes fonctionnant en mode frontal sont limités par le colmatage. La maîtrise et l'anticipation du colmatage, alors indispensables à la bonne gestion de l'opération, font l'objet de cette étude appliquée à la potabilisation d'eau. Un volume filtré critique, caractérisant la transition entre une accumulation réversible de matière (phase dispersée) et un dépôt irréversible (phase condensée), a été mis en évidence expérimentalement et ses variations avec le flux de filtration et le type de dispersion étudiées. L'analyse et la simulation théorique de la filtration, couplées à la modélisation des propriétés colloïdales, ont permis de relier la pression osmotique au volume filtré critique. Ces résultats ont été utilisés pour améliorer la conduite des opérations de filtration d'une eau de surface : des rinçages réalisés après un volume filtré inférieur à la valeur critique ont conduit à une réduction significative du colmatage et de la consommation énergétique associée.

La méthanisation par voie sèche possède différents avantages par rapport à la méthanisation par voie humide. Les réacteurs sont plus petits, les besoins en eau sont moindres, la production de digestat et le prétraitement nécessaire sont également moins importants. Cependant, plusieurs études ont démontré que l'eau favorise l'hydrolyse du substrat et permet le transport des sous-produits d'hydrolyse et des nutriments vers les bactéries. Pour mieux comprendre le rôle de l'eau lors de la méthanisation, des tests de digestion sèche et semi-sèche à partir de substrats organiques complexes (déchets alimentaires, paille de riz, déchets de carotte), avec différentes teneurs en matière sèche de substrat traité ont été réalisées. Les résultats confirment que l'eau joue un rôle essentiel sur le taux de production spécifique de méthane, le rendement final de méthane généré et la dégradation de la matière volatile sèche (MVS). Le rendement final de méthane produit dans des conditions semi-sèches et sèches est respectivement de 51% et de 59% inférieur avec la paille de riz et 4% et 41% de moins pour les déchets alimentaires en comparaison avec des conditions humides. Des tests d'inhibition basés sur l'analyse des acides gras volatils (AGV) ont été menées pour étudier les processus d'inhibition spécifiques qui ont lieu avec les substrats sélectionnés à différentes teneurs en matière sèche. Pour le cas de la méthanisation par voie humide des déchets de carotte, aucune accumulation d'AGV a été trouvé, et toutes les concentrations d'AGV étaient inférieurs aux seuils d'inhibition. Une corrélation directe entre la teneur en matière sèche et la concentration totale d'AGV (AGVtot) a été mise en évidence pour la paille de riz et les déchets alimentaires. Pour la paille de riz, une concentration d'AGVtot maximale de 2,1 g / kg a été trouvé pour la voie sèche, 1 g / kg dans les conditions semi-sèche et 0,2 g / kg dans les conditions humides, alors que pour les déchets alimentaires la concentration d'AGVtot était de 10 g / kg à l'état sec, 9 g / kg dans les conditions semi-sèche et 3 g / kg dans les conditions humides. Un modèle mathématique de la méthanisation de substrats organiques complexes dans des conditions sèches et semi-sèche a été proposé pour simuler l'effet de la teneur en matière sèche sur le processus. Les données obtenues à partir d'expériences en mode batch, en termes de production de méthane et de concentration d'AGV, ont été utilisées pour calibrer le modèle proposé. Les paramètres cinétiques de production et d'élimination d'AGV ont été calibrés à l'aide des données expérimentales, et il a été montré qu'ils sont fortement dépendants de la teneur en matière sèche et différent des valeurs de la littérature concernant la méthanisation par voie humide. Cela est dû à l'accumulation d'AGV dans les conditions sèches, ce qui implique d'utiliser des valeurs plus élevées concernant les constantes d'inhibition introduites dans le modèle. Enfin, comme la méthanisation par voie sèche a généralement lieu dans des réacteurs à écoulement piston, une étude historique et critique de la littérature concernant la compréhension du rôle de l'hydrodynamique dans des bioréacteurs à écoulement piston a été réalisée / Dry Anaerobic Digestion (AD) presents different advantages if compared to wet AD, i.e. smaller reactor size, lesser water addition, digestate production and pretreatment needed, although several studies have demonstrated that water promotes substrate hydrolysis and enables the transfer of process intermediates and nutrients to bacterial sites. To better understand the role of water on AD, dry and semidry digestion tests of selected complex organic substrates (food waste, rice straw, carrot waste), with various TS contents of the treated biomass have been carried out in the present study. The results confirm that water plays an essential role on the specific methane production rate, final methane yield and Volatile Solids (VS) degradation. The final methane yield in semi-dry and dry conditions was 51% and 59% lower for rice straw and 4% and 41% lower for food waste, respectively, if compared with wet conditions. Inhibition tests, based on Volatile Fatty Acid (VFA) analysis, were carried out to investigate the specific inhibition processes that take place with the selected substrates at different TS contents. In wet AD of carrot waste no VFA accumulation was found, and all VFA concentrations were lower than the inhibition limits. A direct correlation between TS content and total VFA (TVFA) concentration was noticed for rice straw and food waste AD. For rice straw a maximum TVFA concentration of 2.1 g/kg was found in dry condition, 1 g/kg in semidry conditions and 0.2 g/kg in wet conditions, whereas for food waste the TVFA concentration was 10 g/kg in dry condition, 9 g/kg in semidry conditions and 3 g/kg in wet conditions. A Mathematical model of complex organic substrate AD in dry and semidry conditions has been proposed to simulate the effect of TS content on the process. The data obtained from batch experiments, in terms of methane production and VFA concentrations, were used to calibrate the proposed model. The kinetic parameters of VFA production and degradation, calibrated using the experimental data, resulted highly dependent on the TS content and different from wet AD literature values. This is due to VFA accumulation in dry conditions, which implies higher values of the inhibition factors introduced in the model. Finally, as dry AD takes usually place in Plug Flow (PF) reactors, an historical and critical review on the role of hydrodynamics in PF bioreactors has been carried out

La microflore joue un rôle majeur dans la mobilité des éléments métalliques et métalloïdes dans les sols. L’activité bactérienne globale d’oxydation de l’AsIII en AsV tend à diminuer la toxicité et la mobilité de l’arsenic (As) dans les sols, cependant l’effet de la matière organique (MO) sur cette activité n’a pas été déterminé jusqu’à présent. Il est important de répondre à cette question car sur des sites pollués, un apport de MO peut être préconisé dans le cadre d’opérations de phyto-stabilisation. Par ailleurs, dans un contexte de pollution diffuse, les pratiques agricoles d’amendement des sols pourraient avoir un impact sur le transfert d’As. L’objectif de ce projet de thèse était donc de quantifier l’influence de la MO sur la spéciation de l’As par la microflore de sols pollués, et les conséquences de ce processus sur la mobilité du métalloïde. L’influence de la MO sur la spéciation de l’As a été évaluée (1) au niveau physiologique et moléculaire, sur l’activité de deux souches pures et (2) au niveau global, par l’évaluation de l’activité d’oxydation de l’AsIII par les communautés microbiennes de sols pollués et des incubations de sols. L’effet de la nature même de la MO a été examiné à travers la comparaison de substrats simples et complexes. Les expériences réalisées avec les souches de Thiomonas delicata et Herminiimonas arsenicoxydans ont montré un effet négatif de la MO sur la vitesse spécifique d’oxydation de l’AsIII. L’extrait de levure (EdL) induit une diminution de l’expression du gène aioA codant pour la grande sous-unité de l’arsénite-oxydase permettant l’oxydation de l’arsenic, avec les deux souches pures. Au niveau plus global des communautés microbiennes de sols, l’activité AsIII-oxydantes a été évaluée sur 8 sols pollués par de l’As. Les mesures ont été effectuées dans des milieux de cultures contenant différentes concentrations de MO. Deux MO complexes ont été comparées : l’EdL et une mixture synthétique de molécules organiques (SMOM) dont la composition a été inspirée par les caractéristiques de la MO de sols réels (rapport C/N, contenu en groupes fonctionnels). Des corrélations ont été recherchées entre les caractéristiques des sols et la constante de vitesse d’oxydation de l’AsIII par la microflore, avec et sans ajout de MO. La vitesse d’oxydation de l’AsIII par la microflore des sols semble limitée par la MO disponible, et cette limitation est levée par un apport de 0,08 g.L-1 de C apporté sous forme d’EdL ou de SMOM. Lorsque l’apport de MO s’élève à 0,4 g.L-1 de C, des résultats divergents sont observés : l’EdL est moins inhibiteur que la SMOM. Enfin, une expérience a été réalisée dans le but d’évaluer l’influence combinée de l’activité microbienne et de l’apport de SMOM sur la mobilisation de l’As présent dans quatre sols pollués, incubés au laboratoire en suspension. Une mobilisation dans la phase aqueuse de l’As présent dans les sols pollués est observée en présence de SMOM et de microorganismes actifs. Ce travail de thèse apporte un éclairage sur le rôle important joué par le métabolisme de la MO au sein du cycle biogéochimique de l’As, phénomène devant être pris en compte lors des études visant à optimiser la remédiation des sites pollués / The soil microflora plays a major role in the mobilization of metals and metalloids in soils. The global bacterial oxidation of AsIII to AsV tends to decrease the toxicity and mobility of arsenic in soils. The effect of organic matter (OM) on bacterial AsIII oxidation in presence of oxygen and its potential impact on the behavior of arsenic in non-saturated soils has not been determined up to date. However, supply of OM on polluted sites can be proposed in the context of a phytostabilization operation. Furthermore, agricultural soils affected by diffuse As pollution may be fertilized by organic amendments that could impact arsenic transfer. The objective of the present PhD thesis was to quantify the influence of OM on the speciation of As by the polluted soil microflora and the consequences of this process on arsenic mobility. The influence of OM on the speciation of As was evaluated (1) at the physiological and molecular levels on two pure strains and (2) at global level by AsIII oxidation measurements by microbial communities from polluted soils and on soils incubations. The effect of the nature of OM was considered through the comparison of simple and complex substrates. The experiments with Thiomonas delicata and Herminiimonas arsenicoxydans showed a negative effect of OM on the specific AsIII oxidation rate. Yeast extract (YE) induced a decrease of aioA gene (encoding for the big subunit of arsenite oxidase responsible for AsIII oxidation) expression with both pure strains. At the level of soils microbial communities, AsIII oxidizing activity were measured on 8 As-polluted soils. Measurements were realized in culture media containing different concentrations of OM. Two complex OMs were compared: YE and a synthetic mixture of organic matters (SMOM) whose composition was inspired from soils OM characteristics (C/N ratio and proportion of functional groups). Correlations were searched between soils characteristics and AsIII bio-oxidation rate constants with and without added OM. Results indicate that AsIII oxidation rate by the soil microflora was limited by available OM and this limitation was removed by the addition of 0.08 g L-1 of organic C as YE or SMOM. When the addition of OM reached 0.4 g L-1 of C, divergent results were observed: YE was less inhibiting than SMOM. Finally, an experiment was carried out to evaluate the combined influence of microbial activity and SMOM addition on As mobilization from polluted soils incubated as slurries at laboratory scale. A mobilization of As present in the polluted soils was observed in presence of both SMOM and active microorganisms. This PhD thesis enlightens the important role played by OM metabolism within the biogeochemical cycle of As, which should be given consideration in the context of polluted site remediation

Les chondrites carbonées de type 1 et 2 comprennent les météorites les plus primitives d’un point de vue chimique et pétrologique. Ce caractère primitif est associé à l’abondance de matière organique qui est une phase privilégiée pour l’étude des phénomènes concernant l’héritage du matériel présolaire et sa transformation dans la nébuleuse puis sur les premiers corps. L’objet de cette thèse est l’étude de l’influence des processus post-accrétionnels sur les caractéristiques moléculaires de la matière organique et en particulier la mesure des effets d’oxydation dus à l’altération aqueuse. Nous avons mené une étude comparative basée sur la structure carbonée et l’analyse des fonctions oxygénées et soufrées d’une dizaine de météorites dont les histoires géologiques ont été déterminées par ailleurs. Le degré d’oxydation du soufre, hétéroatome mineur dans la fraction insoluble, a été mesuré par micro-spectrométrie SK-Xanes. La spectroscopie FT-IR a permis la description des structures fines des chaines carbonées et des fonctions riches en oxygène, hétéroatome majeur. La spectrométrie de masse à très haute résolution Orbitrap a été utilisée pour décrire la diversité hétéroatomique des molécules solubles de la chondrite Renazzo (CR2). Les chaines carbonées des chondrites de classe CI et Murchison se différencient de celle des autres météorites par une abondance en groupements terminaux méthyles à la fois supérieure et invariable. Les chondrites de type 1 sont les seules porteuses de fonctions soufrées oxydées acides alors que la spéciation du soufre dans les chondrites de type 2 est invariable. De la même façon, et cette fois pour l’ensemble des chondrites étudiées, les groupements carbonyles sont majoritairement dans les fonctions cétones, en proportion indépendante du degré d’altération aqueuse. Tous les paramètres mesurés dans cette étude nous poussent à conclure que la variabilité moléculaire au sein des chondrites carbonées de type 1 et 2 trouve moins son origine dans l’empreinte de l’hydrothermalisme que dans une hétérogénéité du précurseur organique accrété par chaque corps parent. En particulier, nos mesures invalident l’hypothèse selon laquelle l’altération serait à l’origine d’une conversion oxydative des chaines carbonées en fonctions acides carboxyliques. / Type 1 and 2 carbonaceous chondrites include the most chemically and petrologically pristine meteorites. This intactness goes along with the abundance of organic matter which is a phase of choice to investigate the presolar material processing in the nebula and then on the first bodies. The purpose of this thesis is to study the influence of post-accretional processes on the molecular characteristics of organic matter and in particular the extent of oxidation effects due to aqueous alteration. We have carried out a comparative study based on the carbon structure and functional analysis of more than ten meteorites whose geologic histories were independently determined. The redox degree of sulfur in the insoluble fraction was measured by SK-Xanes spectroscopy. FT-IR spectroscopy gave access to the fine structures of aliphatic chains and oxygen-rich functions. Orbitrap very high resolution mass spectrometry was used to describe the heteroatomic diversity of soluble molecules in the Renazzo (CR2) chondrite. The aliphatic chains of CI chondrites and Murchison differ from others by a higher and unchanging abundance of methyl groups. Type 1 chondrites are the only carriers of oxidized sulfur functions whereas the sulfur speciation in type 2 chondrites is invariable. For all studied chondrites, the carbonyl groups are mainly under the form of ketones and their abundance can’t be related to the degree of aqueous alteration. Any parameters we have measured in this study lead us to conclude that the molecular variability among type 1 and 2 carbonaceous chondrites are less due to the footprint left by the hydrothermal activity than due to the heterogeneity of an organic precursor accreted by each parent body. In particular, our measurements invalidate the hypothesis that the alteration would cause an oxidative conversion of aliphatic chains to carboxylic acid functions.

Le priming effect (PE) est la sur-minéralisation de la matière organique du sol (MOS) après un apport de matière organique fraiche. Ce phénomène serait généré par deux mécanismes distincts, la décomposition stœchiométrique et le « nutrient mining », ayant leur propre dynamique, leurs propres acteurs, leurs propres déterminants et leur propre stock de MO ciblés. Le premier serait plutôt lié à la séquestration de MO dans les sols et l’autre à sa déstabilisation. Comprendre comment piloter l’équilibre entre ces processus à travers les pratiques agricoles, permettrait d’améliorer durablement la fertilité des sols cultivés en milieu tropical dans un contexte de changement climatique. Pour identifier les déterminants, les acteurs et les effets du climat et des pratiques agricoles sur les différents processus générateurs de PE, nous avons combiné la caractérisation physicochimique des sols, la caractérisation des communautés microbiennes et le suivi de la minéralisation des MO par les techniques isotopiques. Ainsi, nous avons pu identifier différentes populations bactériennes et fongiques, associées à chacun des processus, que nous avons classées dans des guildes fonctionnelles. La taille de ces guildes déterminait l’équilibre entre les processus, et était corrélée à la qualité de la MO présente dans le sol. Plus précisément, nous avons montré que le PE stœchiométrique était favorisé dans les sols enrichis en matière organique peu évoluée et en nutriments N et P, entretenant donc une forte communauté de décomposeurs. Ces décomposeurs devaient ainsi limiter l’accès des mineurs à la nouvelle matière organique fraichement apportée et limiter le PE par « nutrient mining ». Sur parcelles agricoles, nos résultats suggéraient que le non labour, l’association légumineuses-céréales, et l’apport de compost favorisaient ces décomposeurs responsables du priming effect stœchiométrique et donc potentiellement la stabilisation durable de la matière organique dans les sols. / The priming effect (PE) is the supplementary mineralization of soil organic matter (MOS) after the addition of fresh organic matter. This phenomenon would be generated by two distinct mechanisms, stoichiometric decomposition and "nutrient mining", having their own dynamics, their own actors, their own determinants and their own MO stock targeted. The first would be related to the sequestration of MO in the soil and the other to its destabilization. Understanding how to manage the balance between these processes through agricultural practices, would allow to improve the fertility of soil cultivated in a tropical environment in a context of climate change.To identify the determinants, actors and effects of climate and agricultural practices on the various processes generating PE, we have combined soil physicochemical characterization, characterization of microbial communities and monitoring of mineralization of MO by isotopic techniques. Thus, we were able to identify different bacterial and fungal populations, associated with processes, which we classified in the functional guilds. The size of these guilds determined the balance between the processes, and was correlated with the quality of the MO present in the soil. Specifically, we showed that stoichiometric PE was favored in soils enriched with high quality organic matter and nutrients, N and P, thus maintaining a strong community of decomposers. These decomposers also limit the access of miners to the provided new organic matter hence limiting PE by "nutrient extraction". On agricultural plots, our results suggest that non-tillage, legume-cereal rotations and compost amendments favor these decomposers responsible for the stoichiometric priming effect and thus potentially the long-term stabilization of organic matter in soils.

Le travail réalisé au cours de ma de thèse avait pour but de placer de nouvelles contraintes sur la composition du ou des précurseurs organiques présents dans la nébuleuse proto-solaire. Des expériences de thermodégradation ont été mises en place en utilisant des matériaux modèles riches en azote. La spectrométrie de masse à haute résolution (Orbitrap) à été utilisée afin de mieux caractériser les polymères de HCN, autre matériau modèle. Ce travail apporte de nouvelles informations sur la diversité moléculaire de tels matériaux, ainsi que de nouvelles informations sur leur structure. Les expériences de thermodégradation proprement dites ont ensuite été réalisées, afin de mieux comprendre le comportement de l'azote dans les matériaux organiques macromoléculaires, et ainsi apporter de nouvelles contraintes sur l'origine de la matière organique présente dans les différentes classes de cosmomatériaux (chondrites carbonées, IDPs et UCAMMs). Cette série d'expériences nous a permis de mettre en évidence une probable différence de précurseur entre la matière carbonée des IOMs et celle des IDPs et UCAMMs. / The aim of my PhD work was to add some new constraints on the organic precursors compositions in the early solar system. Thermal degradation experiments have been performed, using N-rich analog materials. High resolution mass spectrometry gives us the possibility to better characterize the HCN polymers another type of analog materials. This part of the study provides us new informations about the molecular diversity of HCN polymers and also new constraints on their structure. The thremal degradation experiments were then performed. The aim of this study was to provide some new constraints on the composition of the organic precursors present in the early solar system and incorporated in the different bodies (carbonaceous chondrites, IDPs, UCAMMs). We can conclude that the organic precursor of the IOMs was poor in nitrogen while the organic matter accreted by the parent bodies of IDPs and UCAMMs was probably nitrogen rich.

Une stratégie pour améliorer durablement la fertilité des sols dégradés par érosion au Nord du Vietnam consiste à apporter des amendements organiques exogènes (AOEs). L'application du lisier de buffle, son compost et lombricompost, ainsi que le biochar permettraient à faible coût d’améliorer la qualité des sols et la croissance des plantes en réduisant l'utilisation d'engrais, mais également de séquestrer du carbone. L’objective de cette thèse est d’évaluer (1) l’utilité des quatre AOEs seuls ou en association pour séquestrer du carbone, et (2) l’effet de l’apport des quatre substrats organiques seuls ou en association sur la quantité et qualité des matières organiques d’un sol agricole tropical dégradé typique du Nord du Vietnam. Pour répondre à cet objectif, nous avons effectué des incubations au laboratoire, en sachet de litière dans des conditions de terrain et suivi pendant trois ans une expérience en mesocosme avec ajouts des AOEs au sol cultivé en conditions de terrain.Nos résultats montrent que le compostage en présence de vers de terre conduit à une plus forte transformation de la matière organique issue du lisier de buffle par rapport au compostage traditionel. Le lombricompost était enrichi en composés azotés et appauvri en polysaccharides, et se caractérisait par une altération plus importante des lignines en comparaison avec le compost. La stabilité biologique de ces AOEs a été liée à leur teneur en carbone soluble, diminuant suivant l’ordre : lisier de buffle > compost > lombricompost, alors que leur réactivité chimique était similaire. Le biochar, constitué de carbone aromatique, se caractérisait par une très forte stabilité biologique et chimique. L’association du biochar avec les autres AOEs a influencé leur stabilité chimique et biologique, en protégeant la matière organique labile contre l'oxydation chimique et la dégradation biologique.Notre expérience de trois ans en mésocosmes en conditions naturelles a montré que tous les AOEs ont un effet positif sur le stockage du carbone dans le sol ainsi que sur la qualité de la matière organique de sol. L’association de biochar et de lombricompost en augmenttant l’abondance des composés dérivés de la lignine ainsi que la teneur en sucre provenant des plantes et des microorganismes, semble montrer un effet synergique de cette association sur la fertilité des sols (activité microbienne, prospection racinaire). Comparé aux résultats d’incubation en sachet de litières, ces résultats indiquent un effet significatif et contrasté des AOEs sur la croissance des plantes en particulier sur l’apport racinaire. En conclusion, l’association de biochar et de lombricompost semble la meilleure solution pour améliorer la qualité de sol dégradé par l'érosion dans le Nord du Vietnam. Ces résultats devront être confirmés par des études à long terme, tant du point de vue de la qualité physicochimique que biologique des sols amendés par ces AOEs. / Intensification of agricultural use of tropical soils in Northern Vietnam leads to acidification associated with organic matter loss, rapid decline of their fertility and high erosion rates. Such negative effects may be counteracted by exogenous organic amendments (EOMs). The application of buffalo manure, its compost and vermicompost and biochar alone or in mixture with other EOMs is promising to improve at low cost soil quality, plant growth and carbon sequestration. The aims of this study were to evaluate (1) the usefulness of the four EOM alone or in mixture to sequester carbon and (2) the effect of these amendments on quantity and quality of soil organic matter of a tropical soil degraded by erosion. To anwer to this objective we carried out incubations in the laboratory, in litterbags under field conditions and we monitored a mesocom experiment, where the EOM were added and subjected during three years to cultivation and natural rainfall conditions. Our results showed that composting in the presence of earthworms led to stronger transformation of buffalo manure than regular composting. Vermicompost was enriched in N-containing compounds and depleted in polysaccharides. It further contained stronger modified lignin compared to regular compost. Biological reactivity of these AOEs was related to their soluble organic matter content, which decreased in the order buffalo manure > compost > vermicompost, whereas their chemical reactivity was similar. Bamboo biochar was enriched in aromatic carbon and characterized by a high biological and chemical recalcitrance. The presence of biochar influenced the biological as well as chemical reactivity of the other organic amendments. It led to a protection of organic matter against chemical oxidation and changed their susceptibility to biological degradation. Our experience with mesocosmes during 3 year under the natural conditions showed that all organic amendments had a positive effect on soil carbon storage and significantly influences soil organic matter quality. Biochar could increase the soil carbon sequestration potential, when applied in mixture with vermicompost. The presence of biochar increased lignin derived compounds abundance as well as both plant and microbial sugar content of soil amended with vermicompost but it had no effect in the case of control soil. Compared to our litterbag experiment these results show that EOM have a strong contrasting effect on plant growth, in particular root litter input. In conclusion, the incorporation of biochar and vermicompost seems to be the best solution to improuve the quality of degraded soil in Northem Vietnam. More studies about the impacts of this amendment on soil physico-chemical and biological properties in long-term are needed to comfirm these results.

La production de biochars et hydrochars permet de former des amendements enrichis en carbone aromatique, potentiellement plus récalcitrant contre les dégradations dans le sol, tout en produisant massivement des énergies renouvelables. Ces amendements ont pour objectif d’augmenter la quantité de matières organiques des sols (MOS), ainsi que leur fertilité. Néanmoins, due à la diversité des biomasses pouvant être utilisé et des procédés de production, des incompréhensions existent sur le potentiel de ces matériaux à stocker du C dans le sol, à court et à long terme. De plus, des méthodes permettant d’évaluer rapidement la stabilité à long terme de ces matériaux restent à mettre au point, afin de permettre aux utilisateurs de statuer de la qualité de ces nouveaux amendements. Ces travaux ont consisté à évaluer la stabilité de biochars et hydrochars, biologiquement par des incubations de sols, et chimiquement par des oxydations à l’acide dichromate. Les biochars ont montré un haut niveau de stabilité biologique et chimique, permettant de stocker une quantité importante de carbone à l’échelle du siècle. De façon contrastée, les hydrochars se sont caractérisés par une stabilité beaucoup plus faible que les biochars, ne permettant probablement pas de séquestrer massivement du carbone au-delà de la décennie. L’hydrochar a induit un priming effect positif (stimulation), alors que le biochar a induit un priming effect négatif (protection). L’altération physique des deux matériaux a conduit à une augmentation de la stabilité et à une diminution du priming effect, mettant en lumière l’importance des paramètres environnementaux dans les stratégies de séquestration de carbone du sol. Les sols d’anciennes charbonnières ont été utilisés comme modèle d’étude à long terme de l’effet d’un apport de biochar après plusieurs siècles. Leur analyse a mis en évidence que l’apport de biochar améliore durablement les propriétés physicochimiques du sol, telle que la teneur en argile, la capacité d’échange cationique (CEC), la quantité de carbone soluble, et les teneurs en azote et phosphore. Toutefois, après plusieurs siècles d’un amendement de biochar, les communautés microbiennes ne présentaient pas d’adaptation spécifique à la dégradation d’un nouvel apport de biochar. Dans ce modèle, l’apport de résidus de plante a entrainé un priming effect négatif. Ainsi, l’apport de biochar, en générant des conditions particulières, permet le maintient de communautés de microorganismes avec la capacité de réorienter leur métabolisme, afin de dégrader spécifiquement de nouveaux substrats plus facilement minéralisables. D’autres travaux seront nécessaires afin d’évaluer la stabilité des biochars dans le système sol-plante. / Biochars and hydrochars production can form amendments enriched in aromatic carbon, potentially recalcitrant against microbial degradation, while massively producing renewable energy. These amendments are aimed to increase soil organic matter (SOM) quantity, and soil fertility. However, due to the diversity of their feedstock and production processes, misunderstandings exist on the potential of these materials to store C in soil at short and long term. In addition, methods to rapidly evaluate the long-term stability of these materials remain to be developed, in order to allow users to determine the quality of these new amendments. This work was consisted for assessing the stability of biochar and hydrochars, biologically by soil incubations, and chemically by oxidation with acid dichromate. The biochar showed a high level of biological and chemical stability, allowing to storage a large amount of carbon throughout the century. In opposite, the hydrochars might not allow sequestering massively carbon beyond the decade, due to its lower biological and chemical stability. The hydrochars induced a positive priming effect (stimulation) while biochar induced a negative priming effect (protection). Physical weathering of both materials led to an increase of stability and a decrease of the priming effect, highlighting the importance of environmental factors in evaluation of strategies for sequestering carbon. Charcoal kiln soils were used as a model for long-term study of the input of biochar in soil after several centuries. Their analysis showed that the contribution of biochar sustainably improves the physicochemical properties of the soil, such as clay content, cation exchange capacity (CEC), amount of nitrogen, phosphorus, and soluble carbon. However, after several centuries of biochar amendment, microbial communities showed no specific adaptation to the degradation of a new biochar input. In this soil model, the input of plant residues resulted in a negative priming effect. Thus, the contribution of biochar in generating specific conditions, allows the maintenance of microbial communities with the ability to switch of substrates, for a new source of substrates more easily degradable. Further works are needed to assess the stability of biochar in soil-plant system.

Le Paléogène est une période de perturbations importantes du système climatique terrestre, marquée notamment par des optima climatiques reconnus à la fois en environnement continental et marin. Dans le contexte de réchauffement climatique actuel, l’étude et la compréhension de cette période de fortes fluctuations climatiques et de transition entre un climat de type « greenhouse » et « icehouse » est un enjeu capital. Par ailleurs, de nombreuses études ont été menées sur les basses et moyennes latitudes, alors que peu de travaux se focalisent sur les hautes latitudes. Dans cette étude, des successions deltaïques d’âge Paléocène-Eocène sont utilisées pour étudier la réponse du système Arctique à des évènements globaux, les optima climatiques du Paléogène (PETM, ETM2, EECO et l’évènement Azolla) et tenter de répondre à ces questions : le bassin a-t-il eu une réponse spécifique aux stimuli climatiques globaux? Existe-t-il des mécanismes de couplage/découplage de la dynamique du bassin Arctique de celle de l’océan global ? Cette étude est basée sur des analyses multiproxies : la minéralogie de la roche totale et de la fraction argileuse, la pyrolyse Rock Eval, la palynologie, les palynofaciès et les isotopes stables du carbone organique. Les résultats suggèrent des épisodes de réchauffement permettant l’installation de la mangrove dans le Bassin Arctique dans un contexte climatique déjà chaud. Dans les Territoires du Nord-Ouest, les résultats minéralogiques suggèrent l’existence de fluctuations locales des sources détritiques contrôlées par la tectonique et/ou l’eustatisme et qui peuvent se superposer à l’enregistrement climatique. / The Palaeogene is a period of major climate system disturbances, especially marked by climatic optima recognized in both continental and marine environments. In the context of current global warming, the study and understanding of this period of strong climate fluctuations and transition between a greenhouse and an icehouse world is a major issue. Numerous studies have been conducted on low and mid latitudes, while only few studies focus on high latitudes. In this study, Paleocene-Eocene deltaic successions are used to study the response of the Arctic system to global events, the Paleogene climatic optima (PETM, ETM2, EECO and the Azolla event) and attempt to respond to these questions: did the basin have a specific response to global climate stimuli? Are there coupling / decoupling mechanisms between the dynamics of the Arctic basin and the global ocean? This study is based on multiproxies analysis: bulk and clay mineralogy, Rock Eval pyrolysis, palynology, palynofacies and stable isotopes of organic carbon. The results suggest warming episodes allowing the installation of mangroves in the Arctic Basin in an already warm climate. In the Northwestern Territories, mineralogical results suggest local fluctuations in detritic sources controlled by tectonics and / or eustatism and may overlap with the climate record.

Les rejets urbains modifient la qualité de la matière organique dissoute (MOD) dans les milieux récepteurs et sont une source majeure de micropolluants. Il a été montré que la MOD naturelle influençait la spéciation et le devenir des micropolluants, que ce soit dans le milieu récepteur ou dans les ouvrages de traitement. L’objectif ici est d’étudier l’impact de la présence et de la qualité de la MOD sur la répartition dissous/particulaire des micropolluants dans les systèmes aquatiques, de la station d’épuration au milieu récepteur. L’originalité de notre travail est de comparer l’influence d’une MOD fulvique naturelle et d’une MOD urbaine, et de travailler à des concentrations proches des concentrations du milieu aquatique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé l’adsorption de différents types de MOD (acides fulviques (AF) et rejets de STEP) sur différents types de particules (calcite, goethite, montmorillonite, quartz et charbon actif). Dans un second temps, nous avons caractérisé l’adsorption de certains micropolluants (éléments traces métalliques (ETM) et As (V), Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et 13 produits pharmaceutiques) sur les particules en absence de MOD ou en présence de MOD ((AF) et rejets de STEP). Concernant l’influence de la MOD sur l’adsorption des ETM par les particules, les résultats obtenus montrent une diversité importante de situations selon les ETM et les particules considérées. Pour la goethite, nous avons observé une diminution de l’adsorption en présence de MOD urbaine par rapport à ce qui est observé en l’absence de MOD. Pour le charbon actif, au contraire, il y a plus d’adsorption en présence d’AF pour tous les ETM sauf pour le Cu qui est plus adsorbé en présence de MOD urbaine. Les différentes particules ont globalement présenté une capacité d’adsorption importante des HAP mais cette capacité est très fortement modulée par la MOD et ce, de manière différente selon les particules. Pour la goethite et la montmorillonite, l’adsorption des HAP a diminué en présence de MOD. Elle est plus forte en présence de MOD d’origine urbaine qu’en présence des AF dans le cas de l’adsorption des HAP légers sur la goethite et de l’adsorption de tous les HAP sur la montmorillonite. L’adsorption des HAP plus lourds sur la goethite est par contre plus faible avec la MOD urbaine qu’en présence d’AF. Concernant l’adsorption des HAP par le CAP, nous avons observé une diminution en présence de MOD particulièrement dans le cas de la MOD urbaine. Les expérimentations menées avec le sulfaméthoxazole n’ont pas permis de mettre en évidence une influence de l’origine de la MOD sur l’adsorption de cette substance. Pour les autres produits pharmaceutiques, l’adsorption sur le CAP en présence de MOD urbaine est globalement beaucoup plus faible qu’en matrice minérale et aussi plus faible qu’en matrice acides fulviques. L’abattement de ces contaminants sera donc plus faible en présence de MOD urbaine. Cela peut être relié au fractionnement de la MOD urbaine lors de son adsorption sur le CAP. Les résultats obtenus démontrent qu’il est indispensable de tenir compte du rôle de la MOD urbaine dans les milieux récepteurs anthropisés (où elle peut être majoritaire en basses-eaux) pour mieux comprendre le devenir des micropolluants dans les systèmes aquatiques et en particulier leur répartition particulaire/dissous. En outre, dans un contexte d’épuration des eaux usées, l’abattement des micropolluants est dépendant de la nature de la MOD présente, par conséquent, les résultats d’abattement des micropolluants observés en potabilisation des eaux pourraient être sensiblement différents en épuration des eaux usées / Urban discharges alter the quality of dissolved organic matter (DMO) in receiving environments and are a major source of micropollutants. Natural MOD has been shown to influence the speciation and fate of micropollutants in both the receiving and treatment media. The objective here is to study the impact of the presence and quality of MOD on the dissolved/particulate distribution of micropollutants in aquatic systems, from the treatment plant to the receiving environment. The originality of our work is to compare the influence of a natural fulvic MOD and an urban MOD, and to work at concentrations close to concentrations in the aquatic environment. Initially, we characterized the adsorption of different types of MOD (fulvic acids (AF) and releases of STEP) on different types of particles (calcite, goethite, montmorillonite, quartz and activated carbon). In a second step, we characterized the adsorption of certain micropollutants (metallic trace elements (ETMs) and As (V), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and 13 pharmaceutical products) on particles in the absence of MOD or in the presence of MOD (AF) and releases of STEPs. Concerning the influence of MOD on the adsorption of ETMs by particles, the results obtained show a significant diversity of situations depending on the ETMs and particles considered. For goethite, we observed a decrease in adsorption in the presence of urban MOD compared to what is observed in the absence of MOD. For activated carbon, on the other hand, there is more adsorption in the presence of AF for all VTE except for Cu, which is more adsorbed in the presence of urban MOD. The various particles have generally exhibited a high adsorption capacity of PAHs, but this capacity is strongly modulated by the MOD, and this varies according to the particles. For goethite and montmorillonite, adsorption of PAHs decreased in the presence of MOD. It is stronger in the presence of urban MOD than in the presence of AF in the case of adsorption of light PAHs on goethite and adsorption of all PAHs on montmorillonite. The adsorption of heavier PAHs on goethite is lower with urban MOD than in the presence of AF. Concerning the adsorption of PAHs by the CAP, we observed a decrease in the presence of MOD, particularly in the case of urban MOD. Experiments conducted with sulfamethoxyazole did not reveal any influence of the origin of MOD on adsorption of this substance. For other pharmaceutical products, adsorption on CAP in the presence of urban MOD is generally much lower than in the mineral matrix and also lower than in the fulvic acid matrix. The abatement of these contaminants will therefore be lower in the presence of urban MOD. This can be related to the fractionation of urban MOD when adsorbed on the CAP. The results obtained show that it is essential to take into account the role of urban MOD in anthropized receptor environments (where it can be the majority in low-water environments) in order to better understand the fate of micropollutants in aquatic systems and in particular their particle/dissolved distribution. In addition, in a wastewater treatment context, the abatement of micropollutants is dependent on the nature of the present MOD, therefore, the abatement results of micropollutants observed in water purification could be significantly different in wastewater treatment