Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie des procédés et de l'environnement : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 161 réf.

Thèse de doctorat : Sciences agronomiques : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Sciences animales : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'omniprésence des polluants organiques persistants (POPs) dans l'environnement est due à leurs capacités à résister à la biodégradation et à se déplacer sur de grandes distances. Les POPs, dont plusieurs sont reconnus comme des perturbateurs endocriniens, sont prédominants dans l'Arctique canadien et les communautés qui y vivent présentent une plus faible espérance de vie et plus d'issues défavorables à la grossesse. Bien que de nombreux facteurs contribuent à ces observations sur la natalité et l'espérance de vie, l'exposition à ces contaminants peut jouer un rôle. La première hypothèse de cette thèse est donc qu'une exposition prénatale du père à des POPs provoque chez sa descendance des conséquences fœtales et placentaires pouvant persister jusqu'à l'âge adulte, et ce, sur plusieurs générations d'une lignée paternelle. C'est à la recherche d'une solution nutritionnelle que l'acide folique s'est retrouvé au cœur de notre seconde hypothèse, qui soutient qu'en raison de son action de donneur de groupements méthyles, une supplémentation maternelle en acide folique, correspondant à ce que les femmes en période périconceptionnelle consomment, est en mesure de contrer les impacts délétères des POPs sur la santé de plusieurs générations. Ces hypothèses ont été explorées à l'aide de quatre générations de rats, où des femelles fondatrices (F0) ont été divisées en quatre groupes de traitement. Elles ont alors été exposées à de l'huile de maïs ou un mélange de POPs représentatif de l'environnement arctique et nourries avec une diète contenant un apport suffisant ou supplémenté en acide folique avant l'accouplement et jusqu'à la naissance des ratons F1. À chaque génération, les fœtus et les placentas ont été évalués juste avant terme. Le ratio du poids du fœtus sur le poids du placenta, correspondant à l'efficacité placentaire, a été diminué en F1 et F2 en raison des POPs, alors qu'il a augmenté en F3 et F4. De plus, les POPs ont entraîné une réduction de la longueur de certains os longs des fœtus en F1 et F2, mais l'a augmenté en F4. L'histomorphométrie placentaire révèle des changements dans le labyrinthe et la zone basale du placenta en F1 et F2 seulement, indiquant un potentiel mécanisme compensatoire. À l'âge adulte, les POPs ont augmenté le poids des reins et du cerveau en F1, et ce dernier était plus faible en F2. La supplémentation en acide folique n'a eu que peu ou pas d'effets bénéfiques pour contrecarrer les POPs. Cependant, son action seule a montré certaines anomalies fœtales, telles que des omphalocèles ou des hydrocéphalies, à des incidences supérieures à ce qui est attendu normalement. Ces résultats confirment que les POPs sont capables d'affecter la santé développementale de plusieurs générations d'une lignée de rats mâles et que l'acide folique n'est pas l'alternative nutritionnelle espérée pour contrer leurs actions. / The ubiquity of persistent organic pollutants (POPs) in the environment is due to their ability to resist biodegradation and move over long distances. POPs, many of which are known to be endocrine disruptors, are particularly prevalent in the Canadian Arctic, and communities living there present a lower life expectancies and more adverse pregnancy outcomes. Many factors can influence birth outcomes and longevity; however, exposure to POPs may be a contributing factor. The first hypothesis of this thesis is therefore that a prenatal exposure of the father to POPs causes fetal and placental consequences in his offspring, which can persist until adulthood, and this, over several generations of a paternal lineage. It was in search of a nutritional solution that folic acid found itself at the heart of our second hypothesis, which states that because of its action as a donor of methyl groups, maternal supplementation with folic acid is able to counter the deleterious impacts of POPs on the health of several generations. These hypotheses were explored using four generations of rats, where founder females (F0) were divided into four treatment groups. These females were then exposed to corn oil or a mixture of POPs representative of the Arctic environment and fed either with a diet containing a sufficient or supplemented folic acid intake, before mating and until the birth of the F1 litters. At each generation, the fetuses and placentas were evaluated just before term. The fetal weight to placental weight ratio, associated with placental efficiency, was reduced in F1 and F2 due to POPs, whereas it was increased in F3 and F4. In addition, POPs reduced the length of some fetal long bones in F1 and F2 but increased it in F4. Placental histomorphometry revealed changes in placental areas (labyrinth and basal zone) in F1 and F2 only, indicating a potential compensatory mechanism. In adulthood, POPs increased kidney and brain weight in F1, and the latter was lower in F2. Folic acid supplementation had little or no beneficial effects in counteracting POPs consequences. However, supplementation with folic acid alone was associated with certain fetal abnormalities, such as omphaloceles or hydrocephalus, at incidences that were higher than normally expected. These results confirm that POPs are capable of affecting the developmental health of several generations of a male lineage in rats and that folic acid is not the hoped-for nutritional alternative to counter their actions.

La dégradation photoinduite du Monuron (herbicide) a été étudiée dans trois systèmes différents produisant des radicaux hydroxyle : en présence du complexe Fe(III)Cit, dans une suspension de TiO2 et dans un système combiné Fe(III)Cit / TiO2. Le but principal était d'améliorer l'efficacité photocatalytique. La spéciation et la photoactivité du complexe ont été déterminées en fonction du pH. La cinétique de dégradation du Monuron photoinduite par le complexe se fait en deux étapes avec deux sources successives de radicaux °OH : 1) photolyse du complexe ; 2) cycle photoredox du fer. La présence de TiO2 améliore l'efficacité du système Fe(III)Cit à pH acide alors qu'à pH neutre l'efficacité du système est complètement inhibée. La concentration en oxygène et le pH sont les facteurs clés en présence du complexe Fe(III)Cit. De plus, dans un système pilote utilisant du TiO2, l'influence d'un solvant organique lors de la dégradation du 4-chlorophénol en milieu aquatique a été examinée.

Dans cette étude la dégradation du 2,4-D et de l'atrazine photoinduite par le complexe entre le fer et l'EDDS a été étudiée. Nous avons tout d'abord caractérisé de manière physicochimique ce complexe en solution aqueuse et évalué la vitesse de production des radicaux hydroxyles sous irradiation. La dégradation du 2,4-D a également été étudiée sous irradiation en présence de goethite avec ou sans EDDS. Enfin une comparaison de l'efficacité de photodégradation de l'atrazine entre deux complexes de fer Fe-EDDS et Fe-acide pyruvique complète ce travail de thèse. Dans toutes les parties de ce travail nous avons systématiquement étudié l'influence de différents paramètres comme le pH et les concentrations en oxygène, complexes de fer et composés organiques. La conclusion principale de ce travail est que les complexes entre le fer et les acides aminopolycarboxyliques (EDDS) peuvent jouer un rôle important dans la tranformation de la matière organique présent dans les compartiments aquatiques.

Les recherches de rendements agricoles de plus en plus élevés conduisent à l'utilisation des engrais chimiques et des produits phytosanitaires. L'utilisation non raisonnée de ces intrants agricoles a pour conséquences la pollution des sols, des eaux de surface et des eaux souterraines. Les recherches sur l'élaboration de nouveaux types de fertilisants écologiques et le devenir des polluants organiques dans l'environnement s'avèrent importantes. C'est dans ce cadre que se situe notre travail. La première étape de ce travail a été l'extraction et la caractérisation des substances humiques naturelles. Celles-ci ont été extraites d'un sol de Lomé (AHSL, AFSL), d'un sol de Badou (AHSB, AFSB) et d'un compost (AHC, AFC) élaboré à partir de déchets biodégradables. Les caractérisations de ces substances d'une part par analyse élémentaire et dosage du carbone organique total et d'autre part, par des méthodes physico-chimiques (ultraviolet-visible, Microscopie Electronique à Balayage, Infra Rouge) ont prouvé les caractères organique et humique de ces échantillons. Dans la deuxième partie, la dissolution des phosphates naturels de Hahotoé - Kpogamé (Togo) par des acides conventionnels (minéraux et organiques) et des substances humiques naturelles a été réalisée. Les résultats obtenus ont permis de montrer que : - la dissolution de l'apatite en milieu fortement acide est due essentiellement à l'attaque des ions hydronium. C'est d'ailleurs le seul effet de dissolution des acides minéraux; - la dissolution du minerai en milieux faiblement acide et alcalin par les solutions organiques est due à la complexation des ions métalliques (Ca2+) par les groupements fonctionnels. Le mécanisme des cette dissolution a été mis en évidence par des dosages conductimétriques et potentiométriques. Le pouvoir complexant de ces solutions augmente avec le pH. Ce mécanisme de complexation des substances humiques vis-à-vis des ions métalliques en général et du calcium en particulier peut donc être utilisé pour l'élaboration de nouveaux types d'engrais à base de la matière organique biodégradable et du phosphate naturel. Parallèlement aux études de dissolution, la dernière partie de notre travail a consisté à évaluer les capacités des substances humiques à photodégrader les polluants organiques. Les résultats obtenus montrent clairement que les acides humiques utilisés sont des inducteurs efficaces qui permettent la photodégradation de polluants organiques sous excitation solaire. Cette photodégradation est due à la formation par la matière organique des espèces réactives telles que l'oxygène singulet, les radicaux hydroxyles et les états excités à caractère triplet. En application de ces résultats, une étude de la photodégradation du profenofos (O(4-bromo-2- chlorophényl), O-éthyl, S-propylphosphorothioate) qui est un polluant organochloré utilisé dans la culture cotonnière au Togo par ces substances humiques a été réalisée. Les résultats montrent effectivement la transformation du polluant. Cette transformation est ralentie en milieu désoxygéné et en présence du propan-2-ol qui piège les radicaux hydroxyle issus des substances humiques. Ceci montre que ces radicaux sont à la base de la photodégradation du polluant organique. L'identification des intermédiaires dans les conditions diverses nous a conduit à proposer des structures des produits issus de la phototransformation.

Ces travaux de recherche entre dans le cadre de l'étude de la dépollution et la dégradation des polluants organiques par procédé plasma qui permet la production in situ des espèces fortement oxydantes capables de dégrader les composés organiques. Notre intérêt a été porté à l'étude de la dégradation de quelques polluants organiques par la technique de l'arc électrique glissant (Glidarc) et par décharges à barrières diélectriques (DBD). Une première partie a été dédiée à la dégradation des mercaptans par Glidarc avec une optimisation de différents paramètres expérimentaux pour finir avec une application sur un rejet industriel riche en mercaptans issu d'une usine lubrifiante Tunisienne. Une deuxième partie a été consacrée à l'étude de la dégradation du rouge de méthyle par Glidarc en premier lieu ensuite par DBD. Après une optimisation des différents paramètres expérimentaux, une comparaison entre les deux techniques a été réalisée. La troisième partie a présenté les résultats obtenus lors du traitement du sulfure de triphénylphosphine présent dans une phase organique surnageant une phase aqueuse par Glidarc. Enfin, une dernière partie a été consacrée à la modélisation de la dégradation du rouge de méthyle par un réacteur Glidarc horizontal envisagé. L'ensemble des résultats enregistrés lors de cette étude montre l'efficacité du procédé plasma type Glidarc ou DBD pour le traitement et la dégradation des polluants organiques. Ce qui la place comme une technique alternative par rapport aux autres techniques de dépollution conventionnelles et usuelles puisqu'elle a l'avantage d'être écologique, économique et efficace.

La qualité des composts dépend de leurs teneurs en polluants organiques (OPs). L'objectif était de caractériser l'évolution de la spéciation des OPs au cours du compostage afin d'évaluer leur disponibilité dans les composts finaux. Quatre OPs marqués au 14 C ont été étudiés lors du compostage d'une boue d'épuration mélangée à des déchets verts : un HAP (fluoranthène), deux surfactants (4-n-nonylphénol - NP et un alkylbenzène sulfonate linéaire - LAS) et un herbicide (glyphosate). Un dispositif de compostage comprenant six mini-pilotes et permettant un compostage réaliste et reproductible a été conçu. Les propriétés de sorption et de minéralisation des OPs ont été suivies au cours du compostage. Les molécules simples ont été principalement dégradées lors des phases actives et les molécules complexes lors de la maturation. Les capacités de sorption ont diminué au cours du compostage, sauf pour le glyphosate. L'évolution de la spéciation des OPs a montré que la dissipation du LAS a été largement provoquée par sa minéralisation, celle du fluoranthène par la formation de résidus non-extractibles. La minéralisation et la formation de résidus non-extractibles ont contribué de façon équivalente à la dissipation du NP et du glyphosate. La disponibilité directe des OPs en fin de compostage était faible. Un modèle (COP-Compost) simulant l'évolution de la matière organique et des OPs au cours du compostage a été proposé. Des hypothèses selon lesquelles la biodégradation des OPs et la formation de résidus non-extractibles sont influencées par l'évolution de la taille de la biomasse microbienne, elle-même dépendante de la décomposition de la matière organique, ont pu être validées.

Le rôle des espèces oxydantes produites en phase gazeuse a été étudié dans deux procédés plasmas non-thermiques appliqués au traitement de l'eau : le procédé Glidarc et le procédé à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à film tombant. Trois polluants organiques modèles ont été traités dans les deux types de réacteurs. Les résultats obtenus, du plus facile au moins facile à être éliminé, sont les suivants : Phénol >> Heptanol > pCBA pour le réacteur Glidarc et Heptanol >> Phénol > pCBA pour la décharge DBD. Les différences entre les deux réacteurs sont dues non seulement à la qualité et à la quantité des espèces actives générées, mais aussi au transfert de matière à l'interface gaz-liquide. Les mécanismes d'élimination diffèrent également selon les caractéristiques du polluant traité. Le phénol réagit fortement avec les radicaux °NO2 produits par dissociation du N2O4 en phase liquide. Pour le 1-Heptanol, l'élimination procède par désorption assistée par les réactions en phase gazeuse avec les espèces à courte durée de vie. Pour ce type de polluant, le réacteur DBD est le plus performant à cause en partie d'un transfert de matière très efficace dû aux mouvements de convection générés dans le liquide par la décharge. Dans le cas du pCBA, le taux de conversion est faible dans les deux procédés à cause de la production insuffisante de radicaux OH° en solution. Enfin, une simulation numérique a permis de valider les mécanismes d'élimination proposés