Reproduction de : Thèse doctorat : Toxicologie de l'environnement : Metz : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Thèse doctorat : Génie Civil : Villeurbanne, INSA : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 221-234.

Classiquement le transfert des contaminants dans le milieu souterrain est modélisé par un couplage des processus de transport physiques (écoulements contrôlés par les structures géologiques poreuses) et des processus de dégradation ou d'immobilisation chimiques et biologiques. Tant sur les structures géologiques que sur la chimie et la physique, les modèles sont de plus en plus détaillés mais de plus en plus difficiles à calibrer sur des données toujours très parcellaires. Dans cette thèse, nous développons une approche alternative basée sur des modèles parcimonieux sous la forme d’un simple graphe de compartiments interconnectés généralisant les modèles d’interaction de continuums (MINC) ou de transfert à taux multiples (MRMT). Nous montrons que ces modèles sont particulièrement adaptés aux milieux dans lesquels la diffusion de solutés occupe un rôle prépondérant par rapport à l’advection, tels les sols ou les aquifères très hétérogènes comme les aquifères fracturés. L'homogénéisation induite par la diffusion réduit les gradients de concentration, accélère les mélanges entre espèces et fait de la distribution des temps de résidence un excellent proxy de la réactivité. En effet, ces structures simplifiées reconstituées à partir d’informations de temps de résidence se révèlent également pertinentes pour des réactions chimiques non linéaires (e.g. sorption, précipitation/dissolution). Nous montrons finalement comment ces modèles peuvent être adaptés automatiquement à des observations d’essais de traceurs ou de réactions de biodégradation. Ces approches parcimonieuses présentent de nombreux avantages dont la simplicité de développement et de mise en œuvre. Elles permettent d’identifier les déterminants majeurs des échanges entre zones advectives et diffusives ou entre zones inertes et réactives, et d’extrapoler des processus de réactivité à des échelles plus larges. L’utilisation de données de fractionnement isotopique est proposée pour améliorer la dissociation entre l’effet des structures et de la réactivité. / Modelling of contaminant transfer in the subsurface classically relies on a detailed representation of transport processes (groundwater flow controlled by geological structures) coupled to chemical and biological reactivity (immobilization, degradation). Calibration of such detailed models is however often limited by the small amount of available data on the subsurface structures and characteristics. In this thesis, we develop an alternative approach of parsimonious models based on simple graphs of interconnected compartments, taken as generalized multiple interacting continua (MINC) and multiple rate mass transfer (MRMT). We show that this approach is well suited to systems where diffusion-like processes are dominant over advection, like for instance in soils or highly heterogeneous aquifers like fractured aquifers. Homogenization induced by diffusion reduces concentration gradients, speeds up mixing between chemical species and makes residence time distributions excellent proxies for reactivity. Indeed, simplified structures calibrated solely from transit time information prove to provide consistent estimations of non-linear reactivity (e.g. sorption and precipitation/dissolution). Finally, we show how these models can be applied to tracer observations and to biodegradation reactions. Two important advantages of these parsimonious approaches are their facility of development and application. They help identifying the major controls of exchanges between advective and diffusive zones or between inert and reactive zones. They are also amenable to extrapolate reactive processes at larger scale. The use of isotopic fractionation data is proposed to help discriminating between structure-induced effects and reactivity.

La qualité médiocre de l'eau du lac Saint-Augustin dans la région métropolitaine de Québec limite les activités récréo-touristiques depuis quelques années. L'eutrophisation et l'appariation d'algues de type cyanobactéries sont les conséquences d'un enrichissement en nutriment depuis 1940. La construction d'axes routiers en périphérie du lac dont l'autoroute Félix-Leclerc a capitalisé le développement urbain dans le bassin-versant. La présence de contaminants tels que les éléments traces métalliques (ETM) (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb et Zn) et le phosphore sont suspectés dans les sédiments du lac Saint-Augustin. L'étude de caractérisation des sédiments a établi que les concentrations totales en ETM et en phosphore dépassent les seuils des critères de qualité existants. Les conditions physico-chimiques à l'interface eau-sédiments favorisent une rétention des composés, mais l'instabilité du potentiel d'oxydo-réduction remet en doute cette capacité de rétention. La spéciation chimique des ETM et du phosphore a révélé qu'une proportion de la concentration totale de ces contaminants est pressentie dans la participation d'échanges entre les sédiments et le biote, parce qu'elle est étroitement reliée à la disponibilité environnementale de ces contaminants. Les tests toxicologiques pour l'eau interstitielle mettent en relation le phosphore disponible et l'assimilation de celui-ci par l'algue. Les réponses d'inhibition des végétaux (algue et orge) révèlent un potentiel de toxicité des sédiments, toutefois les ETM contenus dans la matrice ne peuvent être associée directement à cette toxicité dans la présente étude. Les conditions favorisant le relargage du phosphore ne sont pas définies clairement à l'intérieur du cadre de l'étude. Un pH basique et un faible potentiel d'oxydo-réduction sont pressentis comme facteurs favorisant le transfert du phosphore vers la colonne d'eau. Quant aux ETM, les conditions acides et aérobies ont provoqué des relargages plus important du fer, du manganèse et du zinc. Au terme de cette étude, les démarches d'analyses physique, chimiques et d'écotoxicité sont intégrées dans le but de proposer une approche d'évaluation de la biodisponibilité des ETM présents dans les sédiments. Cette démarche est inspirée de cadres existants et constitue une amorce pour catégoriser le risque inhérent à la présence de composés toxiques dans un réservoir actifs comme les sédiments.

La photodégradation de l'herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique) et de son principal photoproduit (2,4-DCP) en présence de trois complexes Fe(III)-carboxylate (citrate, pyruvate, tartrate) a été étudiée. Les rendements quantiques de disparition du 2,4-D augmentent dans cet ordre : Fe(III)-TAr < Fe(III)-Cit < Fe(OH)2+ < Fe(III)-Pyr. Le même mécanisme de dégradation du 2,4-D est observé pour les trois complexes de fer et correspond à celui déjà décrit avec des processus généraux de radicaux hydroxyle. Le 2,4-D est dégradé sélectivement en 2,4-DCP, qui après formation de différents photoproduits peut être minéralisé complètement en H2O, Cl- et CO2. La formation de radicaux hydroxyles, obtenue sous irradiation des solutions de complexes Fe(III)-carboxylate a été confirmée par spectroscopie RPE. Ce travail montre que la présence de complexes Fe(III)-carboxylate peut avoir un impact considérable sur le devenir de polluants organiques présents dans les compartiments aquatiques naturels.

La Politique nationale de l'eau du Québec a presque 20 ans. Afin de planifier une gestion intégrée des eaux par bassins versants (GIEBV), les organismes de bassins versants (OBV) doivent se concerter avec les acteurs de l'eau présents sur les bassins versants qui leur sont alloués. Cette concertation n'est pas obligatoire pour les différents acteurs qui ont des intérêts divers quant à la ressource en eau. Ils peuvent être, selon leur poste respectif, plus enclins ou non à participer à cette planification concertée de la GIEBV que mettent en place les OBV par l'entremise du Plan directeur de l'eau (PDE). Cette recherche s'intéresse à la participation du secteur privé au processus de concertation. Plus précisément, il s'agit d'une étude de cas concernant la participation du secteur minier de la Côte-Nord. Les entreprises privées ont un poids généralement fort considérable dans leur communauté d'accueil et leur implication dans la gouvernance de l'eau peut se révéler importante pour les populations. Une recherche documentaire a été faite pour mieux saisir les concepts abordés (gouvernance, responsabilité sociale des entreprises, décentralisation) et les enjeux centraux (pollution d'origine minière, problèmes des OBV dans l'exécution de leurs mandats). L'objectif est de répondre à la question suivante : Comment les différents acteurs perçoivent-ils le processus de concertation de la GIEBV et la place de la participation des entreprises minières de la Côte-Nord dans celui-ci ? L'hypothèse est que la concertation volontaire est difficile à mettre en place et qu'il n'est pas dans l'intérêt des compagnies minières d'y participer. À l'issu de cette étude, l'hypothèse n'est pas totalement confirmée. On observe effectivement des difficultés dans la mise en œuvre de la concertation, surtout dans les relations avec les compagnies minières. En revanche, on ne peut pas conclure qu'il n'est pas dans l'intérêt de ces entreprises d'y participer. / Quebec's Water Policy has almost 20 years. To plan an integrated water management, the Watershed Organizations need to implement consultation and cooperation between all water stakeholders. The consultation meeting is not an obligation for them, it is voluntary. They all have a different relation with the water resources. Depending of their role in their respective organization, they have various interests, which may influence their participation to the integrated water management planed by the Watershed Organizations with the Water Master Plan. This study focuses on the mining industry of the Côte-Nord region and its participation to the consultation. The private sector often has a significant influence in their host communities, so they can have great impacts on the population.The main goal of this research is to know how stakeholders perceive consultation meetings for the integrated water management by watershed, and what is the place of the mining industry's participation. The hypothesis is that a voluntary consultation is hard to organize and that it is not in the mining industry's interests to participate. Some interviews have been realized during summer and fall of 2019 to help answer these questions. This case study shows a summary portrait of Quebec's water governance in a context of decentralization and allows a reflection on our natural resource management methods. The hypothesis is not well confirmed. There are effectively some difficulties to plan a voluntary consultation, however we cannot confirm it is not in the interest of the mining companies to be part of it.