Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols. / Nanomaterials are increasingly included in manufactured consumable products. Silver is the metal that is most often used in nanotechnology for its antimicrobial properties. By different pathways, silver nanoparticles (nAg) can end up in the environment, in significant quantities. They are especially expected to be found in soils due to the use of landfills. In the presence of silver (Ag) negative effects on the terrestrial microbial communities with a subsequent impact on soil fertility and biogeochemical processes are expected. Measurements of enzyme activity have already shown their effectiveness and sensitivity in the detection of chemical and physical disturbances of soils. In this document, the potential effects of nAg on the terrestrial ecosystem have been evaluated by measuring the activities of the enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) and arylsulfatase (EC 3.1.6.1), which are involved in the cycling of the essential elements C, N, P and S, respectively. The enzyme activity is measured using a fluorescence based technique that employs synthetic substrates linked to a fluorophore. A sandy soil was sampled at Macdonald Campus of McGill University (Ste-Anne-de-Bellevue, Qc) and then exposed to nAg (size ~ 20 nm) or free silver (Ag+, as Ag-acetate) at nominal concentrations of 1.25 × 10-3, 1.25 × 10-2, 0.125, 1.25, 6.25 and 31.25 mg Ag kg-1 soil. The role of organic matter (OM) was evaluated by adding leaf compost to the soil. The proportion of the toxicity that could be attributed to the nAg was evaluated by performing Ag speciation analyses in all soil samples. Dissolved Ag concentrations were determined after filtration through a 0.45 µm membrane or a 3 kDa ultrafiltration membrane (~ 1 nm) in order to separate the particulate phase from the dissolved ions. In general, inhibition of the enzyme activities was observed for the four enzymes as a function of increasing Ag concentrations (total and dissolved), however effects were significantly less dramatic in the OM-amended soil. The results suggested that the inhibition of enzyme activities at low-concentrations of nAg appeared to be due to the nanoparticles since a very small fraction of the nAg was actually dissolved and no significant effect was observed for soils treated with similar concentrations of Ag+. On the other hand, the effects measured at high concentrations of Ag were similar for the exposures to both nAg and Ag+, suggesting that, at these concentrations, colloidal Ag may have played a role in the inhibition of the soil enzymatic processes.

Une estimation des quantités de carbone organique dissous dans les millions de lacs boréaux est nécessaire pour améliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrélées avec les quantités de matière organique dissoute colorée qui est visible depuis l’espace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiométrie et une résolution spatiale qui sont limitées par rapport à la taille et l’opacité des lacs boréaux. Landsat 8, lancé en février 2013, offrira une radiométrie et une résolution spatiale améliorées, et produira une couverture à grande échelle des régions boréales. Les limnologistes ont accumulé des années de campagnes de terrain dans les régions boréales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilité de combiner des données de terrain existantes avec une image satellite récente n'a pas encore été évaluée. En outre, les différentes stratégies envisageables pour sélectionner et combiner des mesures répétées au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas été évaluées. Cette étude présente les possibilités et les limites d’utiliser des données de terrain existantes avec des images satellites récentes pour développer des modèles de prédiction du carbone organique dissous. Les méthodes se basent sur des données de terrain recueillies au Québec dans 53 lacs boréaux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les délais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois à 6 ans. Le modèle de prédiction obtenu se compare favorablement avec un modèle basé sur des campagnes de terrain synchronisées avec les images satellite. L’ajout de mesures répétées sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphériques des images, n’améliorent pas la qualité du modèle de prédiction. Deux images d’application montrent des distributions différentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantités de carbone organique dissous par surface de paysage restent de même ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intégrer les sédiments dans l’estimation sont nécessaires pour améliorer le bilan du carbone des régions boréales. / A remote sensing approach to estimate carbon stocks in the millions of boreal lakes is highly desirable to improve our understanding of carbon cycles. Lakes carbon content is often correlated to colored dissolved organic matter (CDOM) content, which is visible from space. Meanwhile, current sensors offer limited radiometry and spatial resolution in regard to boreal lakes opacity and size. Landsat 8, launched in February 2013, offers improved radiometry and spatial resolution, and will provide large-scale coverage of boreal regions. Limnologists gathered years of field campaigns in the boreal regions for which a clear Landsat 8 image will be available. Yet the possibility to combine legacy field data with new satellite imagery has not been assessed yet. Furthermore, the different strategies to select and combine timely repeated lakes measurements in the field and on the satellite have not been assessed either. In this study, we address the opportunities and limits to combine legacy field data with new satellite imagery to develop CDOM predictive models. Methods are based on field data from Quebec collected in 53 boreal lakes and 10 satellite images acquired with the prototype of Landsat 8. Delays between field campaigns and satellite overpasses varied from 1 month to 6 years. Results show that a CDOM predictive model based on existing field data compares favorably with models based on carefully coordinated field campaigns. The quality of the model does not improve by adding repeat measurements in the field and on the satellite, or by using atmospherically corrected images. Two images from different sites show different distributions of lakes dissolved organic carbon concentrations and volumes, but the total dissolved organic carbon storage per landscape unit in the two sites are in the same range. Additional work to link satellite data to lakes sediments carbon content is needed to refine the global carbon budget in the boreal regions.

L’exploitation des ressources naturelles non conventionnelles en substitution du pétrole est un des défis du 21e siècle. La transformation microbiologique in situ de ces ressources en méthane est une des voies les plus prometteuses développées aujourd’hui mais son application reste à démontrer. Mes objectifs ont été de démontrer l'existence d'une conversion microbiologique en méthane de la matière organique (MO) de schistes immatures et de la quantifier pour extrapoler la production potentielle de méthane à l’échelle d’un bassin sédimentaire. Une méthode de détection et de suivi des consortia méthanogènes des schistes cartons en microcosmes, par une combinaison de PCR quantitative, GC-FID et pyrolyse Rock-Eval, a été mise au point et validée. Elle a été appliquée à l’étude de la distribution spatiale des méthanogènes dans les schistes cartons du bassin de Paris et à la démonstration de la méthanisation de la MO de ces roches. Les résultats montrent comme attendu la conversion des fractions solubles de la MO (bitume) par un consortium méthanogène isolé des schistes, mais également la transformation d’une fraction plus complexe (kérogène). L’absence de corrélation stricte entre la lithologie et la présence de méthanogènes actifs rend l’extrapolation au niveau du bassin plus difficile, mais la localisation des méthanogènes à la fois dans et hors les zones riches en MO constitue un avantage certain dans l'optique d'une exploitation économique de ces ressources. Ces travaux démontrent un potentiel élevé de production microbiologique de méthane dans le bassin de Paris et ouvrent la voie vers des études de faisabilité et rentabilité économique à l’échelle d’un site de production. / The exploitation of natural unconventional resources in substitution for petroleum is one of the challenges of the 21st century. In situ microbial transformation of these resources in methane is one of the most promising pathway currently developed, although its application needs to be demonstrated. My objectives were to demonstrate the existence of a microbial conversion into methane of the organic matter (OM) of immature shales, and to quantify it in order to extrapolate the potential for methane production of the rocks at the sedimentary basin scale. A method of detection and monitoring of methanogenic consortia from paper shales in microcosms, combining quantitative PCR, GC-FID and Rock-Eval pyrolysis, was developed and validated. It was used to study the spatial distribution of methanogens in paper shales of the Paris Basin and to demonstrate the methanization of the OM of these rocks. The results show the conversion of the soluble fractions of the OM (bitumen) by methanogenic consortia isolated from shales, but also the transformation of a more complex fraction (kerogen). No strict correlation was established between lithology and presence of active methanogens, which makes the extrapolation of methane production to the basin scale more difficult. However, the localization of methanogens in both OM-rich and OM-poor zones constitute an advantage in the perspective of an economic exploitation of these resources. This work demonstrates a great potential for microbial methane production in the Paris Basin and paves the way to studies of economic feasibility and profitability on the scale of a production site.

Les marais littoraux de Charente Maritime représentent des systèmes hydrauliques sur lesquels les données existantes sur la qualité de l’eau sont limitées. Ce déficit d’information représente un frein à la bonne gestion de ces écosystèmes. Leur situation intermédiaire entre continent et océan leur confère un rôle prépondérant au sein de ces entités. Par ailleurs, les marais représentent un patrimoine écologique majeur où le suivi du compartiment aquatique est indispensable en vue d’améliorer la connaissance et d’apprécier l’évolution de ces milieux.Dans ce cadre, un réseau de suivi de la qualité des eaux des marais a été mis en place sur la base du SEQ-Eau (système d’évaluation de la qualité des cours d’eaux) en 2003 par l’UNIMA (Union des Marais de Charente-Maritime) dans le but de créer un référentiel « marais »répondant aux exigences de la DCE (Directive Cadre sur l’Eau européenne). Mais avant d’apprécier la qualité des eaux des marais, il est nécessaire de comprendre leur fonctionnement. Les objectifs de la thèse sont de trois ordres. Le premier était de dégager une typologie de nature d’eau des marais en valorisant les données issues du suivi patrimonial de l’UNIMA. Dans un deuxième temps, le suivi analytique des eaux et du fonctionnement a été approfondi (ajout de paramètre chimique, biologique et géographique) sur un nombre restreint de stations.Une typologie, basée sur une méthode statistique permettant d’appréhender à la fois les variabilités spatiale et temporelle dans le classement des stations en groupes, est composé de 7 groupes en marais doux et de 5 en marais salés. Le suivi des marais pendant prés de 1,5ans par les paramètres de la matière organique, de l’ensemble des compartiments planctoniques constituant les réseaux trophiques planctoniques et la diversité fonctionnelle du phyto- et du méso-zooplancton, ont permis de confirmer un certain nombre d’hypothèses sur le fonctionnement des marais et sur la typologie de nature d’eau, concernant notamment : (i)le rôle écologique des marais, (ii) l’influence des écosystèmes adjacents du méta-écosystème Pertuis-charentais et (iii) leur capacité de résilience.Le fonctionnement des marais salés semble contrôlé par un double mécanisme : la marée et le type d’activité anthropique dans les bassins déterminant le taux de renouvellement des eaux qui conditionne le type de réseaux trophiques en place et leur succession. Dans les marais doux, un schéma ‘classique’ de la succession des réseaux trophiques planctoniques aété dégagé. La dominance du phytoplancton et des réseaux trophiques herbivores et multivores, semblerait cohérent avec les fonctions écologiques d’épuration et d’habitat/nourricerie caractéristiques des zones humides. Ce fonctionnement classique peut être altéré par différents mécanismes : le renouvellement de l’eau ou le développement des macrophytes. D’une part, le faible renouvellement d’eau de certains marais peut conduire à l’’emballement’ du système et provoquer des phénomènes d’eutrophisation, altérant les propriétés de l’écosystème (injection d’azote atmosphérique ou efficacité écotrophique). Enfin, les macrophytes sont plus compétitrices que le phytoplancton dans les milieux peu profond tel que les canaux de marais. Leur capacité a utilisé les nutriments des sédiments permette leur développement et empêche celui du phytoplancton (limitation par la lumière). La dégradation importante de la biomasse macrophytique par les bactéries en période estivale peut engendrer de fortes hypoxies.Quelques indicateurs basés sur des paramètres simples sont proposés pour suivre l’état trophique du système (chlorophylle par classe de taille, biomasse bactérienne), ou bien de repérer un état susceptible de virer sur une eutrophisation (espèces de rotifère spécifiques des périodes pré-eutrophisation). / Charente-Maritime marshes represent hydraulic systems on which available data on thewater quality are limited, preventing a good management of these ecosystems. As transitionalzones between terrestrial and aquatic ecosystems, marshes play a major role in ‘metaecosystems’.Furthermore, marshes represent a major ecological patrimony, thus the samplingof the aquatic compartment seems essential to improve their knowledge. A water qualitymonitoring program has been in place since spring 2003, developed by UNIMA (Union desMarais de Charente-Maritime) in order to create a “marshes standard” conform to the WFDprerogatives. A good understanding of the marshes functioning appears as necessary todevelop this standard. In this context, 3 main objectives rose for this thesis. The first one wasto realize a water body typology presenting different functioning on Charente-Maritimemarshes. The second one was to improve the understanding of marshes functioning throughthe study of the spatio-temporal variation of planktonic food webs. The last one was toevaluate the impact of a storm (Xynthia) on the planktonic resilience of the marshes.The statistical approach applied here had allowed us to define 7 fresh marshes typesand 5 salt marshes types. The sampling of the organic matter, the functional diversity ofplanktons and the food webs succession had confirmed hypothesis on marsh functioningrelated to the typology, particularly: (i) their ecological role, (ii) their influence on ecosystemscomposing the meta-ecosystem of Charente, (iii) their resilience capacity.Salt marshes planktonic food web functioning is controlled by a double mechanism:the tide and the anthropogenic activities in ponds determining the water renewal rate. In freshmarshes, a ‘classical’ pattern of the food web succession had been found. The dominance ofthe phytoplanktonic community and of the herbivorous and multivorous food webs seemed tobe in concordance with the classical ecological functions of wetlands such as their purificationcapacity and their habitat and nursery function. This classical succession can be altered bytwo mechanisms: the renewal rate inside the marsh and the macrophytes development. In onehand, the highly water stagnation of some marshes types can provoke eutrophicationphenomena destabilizing the ecosystem properties. In the other hand, macrophytes are morecompetitive than phytoplankton in shallow marsh channels, because of their capacity to usenutrient of the sediment. The important degradation of the macrophytes’ biomass duringsummer period by bacteria can generate strong hypoxia phenomena.Some indicators based on simple parameters had been proposed to follow the trophicstate of these systems (three-size classes of chlorophyll, bacteria biomass).

Une méthode miniaturisée de fractionnement de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) dans les eaux usées a été développée pour vérifier une possible variabilité à court terme de ce fractionnement et son influence sur le comportement des installations d’épuration par boues activées. Des tests de biodégradabilité, en réacteur fermé, ont été effectués avec des échantillons moyens horaires de temps sec (24h) provenant de deux stations d’épuration urbaines. Les analyses réalisées ont concerné la DCO totale et soluble, la Demande Biologique en Oxygène, les matières sèches et en suspension, l’ammonium et ont été complétées par des analyses spectrales (UV-visible et fluorescence). Globalement, en accord avec les données de la littérature, les fractions biodégradables sont les plus importantes en terme de concentration. Une variabilité journalière du fractionnement a été observée, sans qu’il soit possible de dégager des tendances particulières indiquant la prééminence de telle ou telle fraction. L’effet de la variabilité du fractionnement a été testé en boucle ouverte en utilisant un schéma classique d’épuration du carbone et de l’azote dans un simulateur de référence, le Benchmark Simulation Model 1. Les simulations ont permis de vérifier l’importance de la variabilité du fractionnement de la DCO sur une station d’épuration. Les concentrations en DCO dans l’effluent sont affectées par le rapport entre la fraction biodégradable et inerte, mais restent dans une limite acceptable par rapport aux normes de rejet. La situation est différente et plus délicate pour les rejets en matières azotées car ils sont proches des limites fixées par la réglementation / A miniaturized method has been developed for the fractionation of Chemical Oxygen Demand (COD) in wastewater in order to assess its variability and its effects on the behaviour of wastewater treatment plants by activated sludge. Biodegradability tests have been performed in batch reactor on daily composite samples grabbed by dry weather with a 1h sampling interval. The method has been applied on samples from two urban wastewater treatment plants. The samples were analysed for total and soluble COD, Biological Oxygen Demand, turbidity, total suspended solids and N-NH3. UV-visible and fluorescence spectra have also been collected. It has been observed, as in literature, that the biodegradable fractions are the most significant ones in terms of concentration. A variability of the fractionation during the day has been observed, although it was not possible to determine definite tendencies for particular fractions. In order to evaluate the effect of the variability of the fractionation, the Benchmark Simulation Model n°1 has been used. The sensibility analysis has been performed in open loop. The simulations allowed verifying the impact of the variability of the fractionation on a treatment plant based on a classical setup for the treatment of carbon and nitrogen. The COD concentrations of the plant effluent are affected by the ratio between the biodegradable fraction and the non-biodegradable one, although staying in an acceptable limit according to the discharge limits. The same is not true for the nitrogen, which are close to these limits

La fin des activités industrielles liées au charbon et à son exploitation a laissé de nombreux sites et sols pollués en France et particulièrement dans le Nord-est de la France. Une terre issue d'une friche industrielle de cokerie (Neuves-Maisons, Lorraine, France) est étudiée en couplant les outils de la science du sol et de la géochimie organique afin de comprendre l'évolution à long terme de la dynamique des contaminants. Une première étape de caractérisation de la terre et de sa pollution montre que la fraction limon fin (2-20 µm) est la fraction la plus réactive avec la plus forte concentration en HAP extractible et occlus et la plus faible disponibilité, mettant en évidence des processus de préservation spécifique au sein de cette fraction. Des extractions sélectives de la MO anthropique au solvant, confirmées par des observations au MEB, montrent que la MO anthropique, contrairement à la MO naturelle, n'a pas un rôle de liant entre les particules de la terre. L'apport de MO naturelle, (i) en conditions contrôlées par incubation de débris végétaux pendant 15 mois ou (ii) in situ en parcelles lysimétriques plantées avec de la luzerne pendant 6 ans, conduit à une structuration de la terre, une activité microbienne accrue et à l'incorporation et au stockage de la matière organique fraîche végétale dans les limons fins. En revanche, la pollution n'est pas affectée par l'apport de matière organique fraîche. Ainsi, la concentration et la disponibilité des HAP présentent une tendance à la diminution au cours du temps, que la terre soit cultivée ou non. Ainsi, la matière organique fraîche n'apparaît pas comme un agent de mobilisation de la pollution à long terme pour ce type de terre historiquement contaminée / The end of industrial activities associated to coal exploitation left many huge areas of wastelands especially in the Northeast of France. A former coking plant soil was studied with a combination of soil science and organic geochemistry tools in order to understand the evolution of the contaminants dynamic. In a first step, the soil and its pollution were characterized. The results showed that the fine silt fraction (2-20 µm) was the most reactive with the highest PAH concentration (extractable or occluded) and the lowest PAH availability. This fraction played a protective role toward the pollution. Moreover, solvent extractions of the anthropogenic organic matter showed that the anthropogenic organic matter was not a structuring agent between the particles in the soil. These observations were confirmed by SEM observations. In a vegetation growth context, (i) under controlled conditions with incubation of organic residue during 15 months and (ii) in situ in lysimetric plots planted with alfalfa during 6 years, the soil structure and the microbial biomass were promoted and the fresh organic matter was preferentially incorporated and stored in the fine silts. However, the pollution was not affected by the fresh organic matter addition. Both PAH concentration and availability showed a trend to decrease with the time of experiment. Thus, the fresh organic matter did not appear as a mobilizing agent for the pollution and would most probably contribute to pollution stabilization on the long term

La baie de Marseille est impactée par des apports d'eau douce issus du Rhône et d'effluents. Leur impact sur la composition et sur la dynamique saisonnière de la matière organique dissoute (DOM) naturelle et anthropique (hydrocarbures et biocides) présente dans le Rhône, delta du Rhône ainsi qu'en baie de Marseille est encore peu documenté. Une partie de la DOM possède des propriétés de fluorescence (FDOM) et peut être caractérisée et quantifiée par spectrofluorimétrie. Le but de cette thèse est d'enrichir les connaissances sur la composition et la dynamique de la FDOM naturelle et anthropique dans les eaux continentales du bassin du Rhône et en Méditerranée côtière nord-occidentale. Des solutions de composés standards ont permis de définir les propriétés de fluorescence (λEx, λEm, temps de vie), les limites de détection d'hydrocarbures et de biocides d'intérêt et de montrer que la spectrofluorimétrie permet de caractériser et de quantifier la FDOM anthropique dans des milieux contaminés. Ces contaminants ont été recherchés dans l'environnement à l'aide de techniques chromatographiques et mis en évidence dans le milieu durant un suivi d'une année. Cependant, la spectrofluorimétrie a réussis de mettre en évidence la présence de contaminants uniquement dans le golf de Fos. Concernant la FDOM naturelle, elle a permis de montrer que la DOM d'origine terrigène prédominait dans les eaux continentales, alors que la DOM produite par l'activité biologique était plus abondante en mer et que le Rhône jouait un rôle majeur en augmentant la quantité de DOM réfractaire et labile par des apports directs et en stimulant la production primaire par des apports de sels nutritifs. / The Marseille bay is impacted by inputs of freshwater from the Rhône River and effluents. Their impact on composition and seasonal variability of anthropogenic (hydrocarbons and biocides) and natural dissolved organic matter (DOM), present in the Rhône river, the Rhône delta and in the Marseille Bay is still poorly documented. A part of the DOM has fluorescence properties (FDOM) and can be characterised and quantified by spectrofluorimetry. The goal of this thesis was to supply knowledge about composition and dynamic of anthropogenic and natural FDOM in inland waters of the Rhône basin and in the North-western coastal Mediterranean Sea. Standard solutions allowed to define fluorescence properties (λEx, λEm, lifetime), detection limits of hydrocarbons and targeted biocides and to show that spectrofluorimetry allow to characterise and to quantify anthropogenic FDOM in contaminated environment. These contaminants were searched in the environment with chromatography analyses and bring out in the environment during a one year monitoring. However, the spectrofluorimetry not succed to bring out contaminants only in the Fos gulf. Concerning natural FDOM, it allowed to show that terrigenous DOM predominated in continental waters, whereas the DOM produced by the biological activity was more abundant in seawater and that the Rhône River played a major role by increasing both refractory and labile DOM through direct inputs and by enhancing the primary production by nutrient inputs.

Cette étude porte sur l’influence de différents traitements sur les caractéristiques et l’évolution de la matière organique de boues de stations d’épuration (Step). Les échantillons étudiés proviennent de 3 stations municipales de la Vienne. Le premier volet développé au cours de l’étude a pour but la mise au point d’une méthode d’analyse qualitative et quantitative des constituants des boues de Step. Les résultats obtenus démontrent le potentiel de la thermochimiolyse-GCMS à caractériser, sans extraction préalable, la matière organique d’un échantillon brut. Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à l’influence de différents traitements (séchages, accélérateur d’électrons et méthanisation) sur l’évolution de la matière organique. Ainsi, le séchage thermique provoque une fragilisation de la matière organique, le séchage solaire une complexification et les lits plantés de roseaux n’ont pas d’influence significative à court terme. L’application du procédé d’oxydation avancé sur une boue flottée a provoqué une acidification et des changements structuraux de la matière organique. Ainsi une faible dose (1,25 kGy) a conduit à une complexification de la matière organique alors qu’une plus forte dose (50 kGy) semble la fragiliser. La modification de la matière organique à l’issue du procédé de méthanisation concerne uniquement la fraction lipidique et notamment des acides gras. / This study investigated the influence of different treatments on the characteristics and evolution of organic matter of municipal wastewater sludge. For this, three municipal wastewater treatment plants of Vienne department were sampled.The first phase developed during the study focused on the improvement of a method for qualitative and quantitative analysis of the sewage sludge’s constituents. The presented results demonstrate the strong potential of the thermochemolysis-GCMS to characterize, without extraction, the organic matter of a raw sample.The second part of this Ph.D has focused on the influence of various treatments (drying, electron beam and methanation) on the evolution of organic matter. Thus, the thermal drying causes weakening of the organic matter while the solar drying induces its complexification and reed beds induce no significant change. The application of an advanced oxidation process on a floated sludge caused acidification and structural changes of the organic matter. A low dose (1.25 kGy) led to more complex organic matter, while a higher dose (50 kGy) seems to weaken it. The changes in organic matter induced by anaerobic digestion mainly concerned the lipid fraction, in particular fatty acids.

La spectrométrie de masse joue un rôle clef dans l’exploration spatiale, notamment dans la caractérisation de la matière organique présente sur de nombreux objets du Système Solaire. Dans ce manuscrit, l’accent est particulièrement mis sur Titan, présentant une chimie organique complexe initiée dans son ionosphère et se répercutant jusqu’à sa surface. Les spectromètres de masse embarqués à bord de la mission Cassini-Huygens ont permis de nombreuses détections de composés organiques. Cependant, les limites instrumentales d’un point de vue analytique poussent la communauté scientifique à se pencher sur de nouvelles techniques de spectrométrie de masse dites à haute résolution (HRMS).Mon travail de thèse s’est inscrit dans le développement d’un nouveau type d’analyseur en masse basé sur la technologie Orbitrap, instrumentation HRMS de laboratoire, pour une application spatiale. Ce projet se nomme CosmOrbitrap. L’objectif s’est ainsi concentré sur les possibilités d’analyse de la matière organique avec une configuration instrumentale simple et compacte couplant directement l’analyseur CosmOrbitrap à une ionisation par ablation laser (LAb-CosmOrbitrap), dans un contexte de future mission spatiale. L’identification univoque de composés organiques purs ou formant des mélanges complexes, la démonstration des performances en termes de résolution, de précision en masse et d’étude des rapports isotopiques mais également l’influence de la pression sur la résolution en masse obtenue sur des composés organiques sont détaillées dans ce manuscrit. L’analyse de la matière brute d’analogues d’aérosols de Titan synthétisés en laboratoire (tholins) montre un cas d’étude concret sur les capacités du LAb-CosmOrbitrap à permettre une analyse chimique profonde des échantillons représentatifs d’un environnement d’intérêt exobiologique. / Mass spectrometry is a key tool in space exploration, for the analysis of organic matter of many Solar System bodies. In this dissertation, we mainly focus on Titan. This amazing object in the Solar System shows a very rich organic chemistry from the ionosphere to the surface. Mass spectrometers aboard the Cassini-Huygens spacecraft have allowed the detection of many organic compounds. However, instrumental limits in terms of analytical performances lead scientists to develop new high resolution mass spectrometry techniques (HRMS).My PhD is rooted to the development of a new high resolution mass analyzer based on the Orbitrap technology, for a space application. This project is named CosmOrbitrap. The efficiency of a simple and compact instrumental version of CosmOrbitrap coupled with a laser ablation ionization process (LAb-CosmOrbitrap) is demonstrated on organic matter analyses in the framework of a future space mission. Univocal identification of pure organics compounds and complex organic mixtures, analytical performances such as mass resolving power, mass accuracy and isotopic abundances determination as well as the impact of the pressure on the mass resolution of organics are part of this dissertation. The study of laboratory analogs of Titan aerosols (named tholins) shows capabilities of the LAb-CosmOrbitrap to provide a deep chemical analysis of exobiological environment.

Foram estudadas onze amostras de fosfatos de três grandes depósitos brasileiros para produção de fertilizantes organo-fosfatados: uma amostra associada ao complexo alcalino-carbonatítico de Jacupiranga/SP, sete amostras associadas ao complexo alcalino-carbonatítico de Catalão/GO e três amostras associadas ao depósito sedimentar de Patos de Minas/MG. Com exceção de uma amostra de Catalão, alimentação da usina de concentração na data da amostragem, as demais são minérios marginais, rejeitos da lavra, rejeitos da usina e minérios complexos ao beneficiamento. As amostras, com exceção daquela de Jacupiranga, foram submetidas à caracterização tecnológica, com realização de análises granulométricas, separações minerais (em líquido denso e magnética) , análises químicas e difratométricas. A caracterização buscou levantar as principais características destes fosfatos para a produção de um novo fertilizante organo-fosfatado. Verificou-se a grande dificuldade na obtenção de concentrados ricos em P2O5 com boas recuperações. Os rejeitos dos minérios oxidados de Catalão apresentam baixa liberação da apatita frente à ganga silicática e férrica, além de apresentarem um recobrimento da apatita por óxidos/hidróxidos de ferro, prejudicial à flotação. As amostras sílico-carbonatadas apresentam altos teores de carbonatos, problemáticos na separação por flotação, principalmente a dolomita. Os minérios de Patos de Minas apresentam uma íntima associação da apatita com o quartzo e outros silicatos, de difícil ou quase impossível liberação. O novo processo de produção de fertilizante organo-fosfatado baseia-se no ataque do fosfato pelo ácido nítrico e na utilização de amônia como fonte primária do reagente ácido. A combustão do amoníaco ao ar, em temperaturas entre 650°C e 800°C se auto mantém, produzindo óxidos nítricos que, em contato com a umidade da mistura fosfato+matéria orgânica, transformam-se em ácido nítrico nascente na própria superfície das partículas. As diferentes amostras de fosfatos misturadas à turfa da região do baixo Ribeira de Iguape e a uma turfa comercial francesa foram processadas em equipamento micropiloto e os resultados agronômicos mostraram boa liberação de fósforo no primeiro mês de cultivo, assim como a continuidade de liberação, em menor escala, nos cinqüenta dias seguintes. Obtiveram-se fertilizantes com teores de 12% até 73% de fósforo solúvel em ácido cítrico a 2%, que nos ensaios agronômicos permitiram a assimilação de 23% a 81% de fósforo pela planta. / Onze échantillons de phosphates de trois importants gisements brésiliens ont été étudiés pour la production des engrais organo-phosphatés : un échantillon associé au complexe alcaline-carbonatitique de Jacupiranga/SP, sept échantillons associés au complexe alcaline-carbonatitique de Catalão/GO et trois échantillons associés au gisement sédimentaire de Patos de Minas/MG. Sauf un échantillon de Catalão, qui alimentait l\'usine de concentration pendant l\'échantillonnage, les outres sont minerais marginaux, rejets de la mine, rejets de l\'usine et minerais complexes au traitement. Les échantillons sauf celui de Jacupiranga, ont été caractérisés technologiquement, avec réalisation des analyses granulométriques, séparations minéraux (au liquide dense et magnétique), analyses chimiques e difratométriques. La caractérisation a défini les principaux caractéristiques des phosphates pour la production d\'un nouveau engrais organo-phosphaté. On a constaté la grande difficulté en l\'obtention de concentrés riche en P2O5 avec des bonnes récupérations. Les rejets des minerais oxydés de Catalão présentent baisse libération de l\'apatite de la gangue siliceuse et ferreuse, et, en plus, ils présentent aussi un recouvrement de l\'apatite par les oxydes/hydroxydes de fer, qui sont préjudiciables à la flottation. Les échantillons silico-carbonatés présentent hautes teneurs des carbonates, qui sont difficiles à séparer par flottation, principalement la dolomite. Les minerais de Patos de Minas présentent une intime association de l\'apatite avec le quartz et les autres silicates, de difficile ou presque impossible libération. Le nouveau procédé de production des engrais organo-phosphatés est basée sur la dissolution du phosphate par l\'acide nitrique et sur l\'utilisation de gaz ammoniac comme source primaire du réactif acide. La combustion du ammoniac à l\'air, en températures entre 650°C et 800°C se auto-conserve produisant oxydes d\'azote qui, en contact avec la humidité de la mélange phosphate + matière organique, se transforme en l\'acide nitrique naissant à la surface des particules. Les différentes échantillons de phosphates mélangés à la tourbe de la région du \'Baixo Ribeira de Iguape/SP\' et à une tourbe commerciale française ont été traités en équipement micro-pilote et les résultats agronomiques présentent une bonne libération du phosphore pendant le première mois de culture, et la continuité de la libération, en mineur quantité, dans les cinquante jours suivants. Les engrais produits ont obtenu 12% jusqu\'à 73% de phosphore soluble dans l\'acide citrique à 2%, lesquels, pendant les essais agronomiques, ont permis l\'assimilation entre 23% et 81% de phosphore par la plante.