Notre travail de thèse se situe dans le contexte de la recherche en EIAH (Environnements Informatisés pour l'Apprentissage Humain), et il porte plus particulièrement sur la dimension de la scénarisation pédagogique instrumentée.<br />Avec le développement des TICE, les praticiens de la formation (enseignants et concepteurs pédagogiques) se trouvent confrontés dans leur travail quotidien à la conception de situations d'apprentissage instrumentées. Cette situation entraîne de nouvelles pratiques de conception pédagogique (partage, réutilisation) et un essor des approches pédagogiques « actives », tout en conduisant les praticiens à porter une attention particulière à la formalisation préalable des situations d'apprentissage via des scénarios pédagogiques. Ces derniers sont ainsi définis par Paquette (05) : « un ensemble ordonné d'activités, régies par des acteurs qui utilisent et produisent des ressources ».<br />Dans ce contexte, notre problème de recherche porte sur les modalités d'expression des scénarios pédagogiques qui permettraient à un scénario d'être facilement réutilisable par un enseignant et un concepteur pédagogique. Notre hypothèse générale est que si les scénarios étaient décrits de façon plus formelle, si les intentions pédagogiques y étaient mieux explicitées, et si les tâches de réutilisation étaient mieux définies et mieux soutenues, ils seraient plus facilement réutilisables. Notre objectif général de recherche porte ainsi, d'une part sur la façon d'exprimer, des scénarios formalisés et instrumentables par les TICE, et d'autre part, de soutenir l'apprentissage de leur réutilisation dans un contexte spécifique. Notre méthodologie de recherche est fondée sur une double approche : une approche par modélisation et une approche centrée usager. Elle vise l'élaboration de modèles théoriques en interaction avec les praticiens de la formation et intègre des évaluations aux diverses étapes de la modélisation.<br />Nous présentons dans ce document trois propositions qui permettent de répondre à notre hypothèse et objectif de recherche. La première proposition est une méthode basée sur une métaphore pour exprimer de façon formalisée et instrumentable les scénarios pédagogiques : la méthode des Pléiades. La seconde proposition est un modèle d'interprétation du processus de réutilisation des scénarios pédagogiques : le modèle CAA (Choix, Appropriation, Adaptation). La troisième proposition est un modèle de soutien à quatre niveaux au processus de réutilisation des scénarios pédagogiques formalisés : le modèle MOSCA. Ce modèle repose sur un ensemble d'artefacts mis à la disposition des usagers pour les soutenir lors de leur tâche de réutilisation. Le choix et la construction des artefacts s'appuient à la fois sur la méthode des Pléiades et sur le modèle CAA. <br />La méthode et les modèles ont été évalués avec des usagers-experts en scénarisation sur la réutilisation d'un scénario « Étude de Cas ». L'évaluation a montré que les formalismes proposés favorisaient une meilleure compréhension du processus de scénarisation ainsi que la réutilisation et l'adaptation des scénarios. Les conclusions de ce travail ouvrent de nombreuses perspectives de prolongement et de recherche à court et moyen terme.

Le développement de systèmes d’assainissement spécifiques et décentralisés peut apporter des réponses à une double problématique : l’amélioration des conditions sanitaires dans les zones les plus pauvres du monde et le développement de sources renouvelables de nutriments essentiels pour l’agriculture. L’objectif de cette thèse est de développer des connaissances scientifiques sur une filière de traitement et valorisation de l’urine couplant une cristallisation à une séparation membranaire. Il a été démontré que la précipitation de phosphore sous forme de struvite permet de récupérer la quasi-totalité du phosphore et une partie de l’azote en 20 secondes environ suite à l’ajout de magnésium avec un ratio Mg :P=1,3 :1. L’influence des conditions d’agitation, de l’apport en magnésium, des conditions de stockage de l’urine et de la présence de matières organiques et de cristaux initiaux a été étudié en réacteur batch et continu.L’ultrafiltration de différents types d’urine (fraichement excrétée, stockée, stockée puis cristallisée) a été réalisée avec des membranes en PES, PAN et PVDF. Les mécanismes responsables de cette chute de flux ainsi que l’influence spécifique des fractions particulaires colloïdales et particulaires ont été étudiés. En se basant sur ces résultats différents procédés ont été proposés et discutés / The development of decentralized and specific sanitation system is an issue that concerns both the improvement of sanitary conditions in the poorest area of the world and the development of renewable sources of nutrients for agriculture. This study aims to provide some elements about a treatment line including crystallization and membrane separation for the treatment and valorization of urine. Crystallization allows to recover phosphorus and part of nitrogen contained in urine. Membrane separation is used in order to remove bacteria and viruses from urine. To check the potentialities of these processes some tests were performed at labscale with synthetic and real human urines.It was shown that the struvite crystallization by magnesium addition with a ratio Mg:P=1,3:1 allows recovering most of the phosphorus from urine with a very rapid kinetics (about 20s). Influence of mixing conditions, urine storage, organic matter and initial crystals in urine was studied in batch and continuous reactor. Ultrafiltrations of different pretreated urines (no pretreatment, stored urine, stored and crystallized urine) were performed with PES, PAN and PVDF membranes. Mechanisms responsible for an important flux decline during urine flitration were studied. Specific influence of particular, colloidal and soluble fraction on the flux decline was also evidenced. On these basis different possible treatment lines of urines are proposed and discussed

Dans le cadre général de la préservation des ressources naturelles, cette thèse vise la valorisation des sols urbains excavés lors des opérations de terrassements. Compte tenu de leur forte hétérogénéité et de leur histoire perturbée, les sols urbains restent assez mal caractérisés du point de vue géotechnique et environnemental. De plus leurs spécificités ne permettent pas en général d’appliquer les guides réglementaires actuellement disponibles qui ont pour objet l’encadrement de la réutilisation de matériaux dans les domaines du génie civil. La première partie du travail de thèse a consisté en une caractérisation géotechnique, chimique et minéralogiques de deux sols urbains excavés à plus d’un mètre de profondeur en région parisienne dans une zone industrielle (à Boulogne Billancourt) et dans une zone proche du périphérique parisien (à Ivry-sur-Seine). Cette étape a permis de mettre en évidence certaines caractéristiques communes : des classifications géotechniques proches (C1B5/C1A1 selon le GTR), une teneur remarquable en carbone organique, des quantités non négligeables (en contenu total) d’éléments trace métalliques et de sulfates, et enfin une composition complexe avec une composante naturelle et anthropique mise en évidence par un essai de tri importé du domaine des granulats. Cette dernière composante comprend des briques, du gypse (porteur principal du soufre et du strontium), des éléments à base de béton ainsi que des scories (magnétiques et non magnétiques), principales phases porteuses des phases métalliques et carbonées respectivement. A l’aide d’une approche en régression linéaire, la répartition des artefacts anthropiques a été évaluée dans les différents compartiments granulométriques du sol, ce qui permet d’appréhender les processus de dégradation naturels des sols urbains (fragmentation des phases accompagnée d’un transfert de polluants).Selon la réglementation environnementale basée sur des essais de lixiviation, les polluants métalliques ne montrent pas une mobilité (lixiviation) critique. Néanmoins ces sols ne sont pas considérés comme des déchets inertes du fait de leur teneur élevé en contenu total en carbone organique et d’un relargage trop élevés en sulfates (principal polluant du sol), en fluorure et en antimoine. Les performances mécaniques requises pour un usage routier après un traitement avec 5% de ciment ainsi que l’aptitude au traitement avec un traitement à 1% de chaux pour un usage en remblai ont été validées, et ce en dépit de la présence des polluants perturbateurs (notamment les sulfates). Les propriétés de perméabilité des sols urbains compactés (à l’OPN ou l’OPM) avec ou sans traitement ont permis d’étudier le transfert des polluants dans des conditions proches de celles in situ. Si le traitement à la chaux semble augmenter la perméabilité, le traitement au ciment semble fortement la diminuer sur certaines éprouvettes (absence d’écoulement sous 5 kPa de charge hydraulique). Les traitements pourraient également avoir un effet sur le relargage de certains polluants si on se base sur les résultats de test de lixiviation à pH 12 avec tantôt un effet inhibiteur (pour Ba, Sb, Mo Ni voire As), tantôt un effet activateur (pour Cu ou V voire As). Enfin, un essai d’immersion sur monolithe qui met en avant la diffusion des polluants plutôt que leur percolation sous l’effet d’une charge hydraulique complète le panel des expériences pour observer le transfert des polluants / This work fits in the protection of natural resources. It aims the valorization urban soils excavated during earthworks. Given their high degree of heterogeneity and disturbed history, urban soils remain poorly characterized from a geotechnical and environmental point of view. In addition, their specificities generally do not allow the application of currently available regulatory guides, the purpose of which is to supervise the reuse of materials in the fields of civil engineering. The first part of this work consisted of a geotechnical, chemical and mineralogical characterization of two urban soils. These soils were excavated more than one meter deep in the Paris region in an industrial area (in Boulogne Billancourt) and in an area near the Paris peripheral road (in Ivry-sur-Seine). This step made it possible to show some common characteristics: close geotechnical, gypsum (main support of sulfur and strontium), elements based on concrete and slags (magnetic and non-magnetic), important phases falling respectively to classifications (C1B5 / C1A1 according to the RTM), a remarkable content of organic carbon, significant amounts (in total content) of metallic trace elements and sulphates, and finally a complex composition with a natural and anthropogenic component evidenced by a test of sorting imported from the field of aggregates. This latter component comprises bricks, gypsum (main support of sulfur and strontium), concrete-based elements as well as slags (magnetic and non-magnetic), main phases respectively carrying the metallic and carbon phases. Using a linear regression approach, the distribution of anthropogenic artifacts was evaluated in the different soil size compartments, which allows understanding the natural processes of urban soil degradation (phase fragmentation accompanied by pollutant transfer).According to environmental regulations based on leaching tests, metallic pollutants do not exhibit critical mobility (leaching). However, these soils are not considered inert waste because of their high total organic carbon content and their excessive release of sulphates (the main soil pollutant), fluorine and antimony. The treatment with 1% lime for use in backfill has been validated, despite the mechanical performance required for road use after treatment with 5% cement and the suitability for treatment with the presence of disturbing pollutants (in especially sulphates). The permeability properties of compacted urban soils (OPN or OPM) with or without treatment have made it possible to study the transfer of pollutants under conditions close to those in situ. If the lime treatment seems to increase the permeability, the treatment with cement seems to strongly reduce it on certain test pieces (no flow below 5 kPa of hydraulic load). The treatments could also have an effect on the release of certain pollutants from the results of the leaching test at pH 12 with sometimes an inhibitory effect (for Ba, Sb, Mo Ni or As), sometimes an activating effect (for Cu or V or As). Finally, an immersion test on a monolith showing the diffusion of pollutants rather than their percolation under the effect of a hydraulic load completes the panel of experiments to observe the transfer of pollutants

La croissance démographique mondiale induit une pression accrue sur les ressources en eau potable. Une des solutions pour répondre à cette problématique environnementale est de réutiliser les eaux en sortie de station d’épuration (STEP). Cependant, la présence de microorganismes pathogènes et de micropolluants bio-récalcitrants et potentiellement toxiques ne permet pas une réutilisation directe des effluents urbains. Les procédés membranaires peuvent alors être envisagés afin d’éliminer efficacement ces polluants à l’état de trace. Cependant, la mise en œuvre des procédés membranaires implique la production de retentâts concentrés en micropolluants dont le traitement n’est, à ce jour, pas envisagé. Cette thèse propose alors d’étudier l’ozonation pour le traitement de retentâts de nanofiltration (NF) dans le cadre de la réutilisation des eaux usées, l’ozone étant un puissant oxydant et précurseur de radicaux hydroxyles. Pour cela, quatre micropolluants pharmaceutiques ont été sélectionnés comme molécules cibles. Par la suite, l’étude de la NF a mis en évidence qu’elle peut constituer une alternative viable au standard industriel qu’est l’osmose inverse en assurant des rétentions élevées pour des coûts opératoires moindres. L’ozonation s’avère efficace comme prétraitement des concentrâts en éliminant totalement les polluants les plus réactifs à l’ozone moléculaire. Toutefois, ce procédé reste limité quant à l’abattement des polluants réfractaire à l’ozone du fait de l’inhibition de la voie radicalaire par la forte teneur en matière organique des retentâts. Finalement, bien que cette association de procédés soit prometteuse, un traitement supplémentaire en aval de l’ozonation serait nécessaire afin de permettre la réutilisation des retentâts traités et aboutir à l’avènement d’une filière épuratoire à zéro rejet liquide / Global population growth induces increased threat on drinking water resources. One way to address this environmental issue is to reuse water from wastewater treatment plant (WWTP). However, the presence of pathogenic microorganisms and potentially toxic organic micropollutants does not allow a direct reuse of urban effluents. Membrane processes such RO or NF can be considered to effectively eliminate these pollutants. However, the integration of membrane processes involves the production of concentrated retentates which require to be disposed. To date, no treatment is set up to manage safely this pollution. This thesis project focuses on the application of ozonation for the treatment of NF retentates in the framework of the wastewater reuse. Ozonation is a powerful oxidation process able to react and degrade a wide range of organic pollutants. Four pharmaceutical micropollutants frequently detected in wastewater, were selected as target molecules. This study highlighted that NF can represent a viable alternative to the commonly used reverse osmosis process ensuring high retention at much lower operating costs. Ozonation appear to be effective to degrade the most reactive pollutants toward molecular ozone. However, this method is limited for the reduction of refractory ozone pollutants due to the inhibition of the radical chain by the high content of organic matter in the retentates. Finally, the ozonation processe appear to be a promising NF retentate treatment and further processing downstream of ozonation should allow reuse of treated retentates and lead to the emergence of a zero liquid discharge treatment scheme.

La préservation des ressources naturelles est un des enjeux majeurs dans les années à venir. Le secteur de la construction tant par les besoins auxquels il répond que par les ressources qu'il mobilise joue un rôle majeur dans ce challenge. Il est alors pertinent de s'intéresser à la fin de vie de bâtiments dont la gestion permet de potentiellement transformer des déchets en matières premières. A l'aide de l'Analyse de Cycle de Vie, il est possible d'estimer les impacts environnementaux de ces chantiers mais surtout d'estimer les bénéfices possibles d'une gestion plus durable. D'une démolition traditionnelle où le tri des déchets n'était pas ou peu réalisé nous sommes passés vers une démolition plus sélective où les différentes catégories de déchets étaient séparées puis envoyées dans les différentes installations et filières de gestion des déchets (plateforme de recyclage, incinérateurs ou installations de stockage par exemple). Le recyclage des déchets est aujourd'hui favorisé notamment pour des matériaux où les bénéfices environnementaux rejoignent ceux économiques comme les métaux. Notre travail a envisagé la réutilisation d'éléments structurels en béton armé en lieu et place d'un recyclage afin d'allonger leur durée de vie et de diminuer les besoins en ressources minérales. La pertinence environnementale de cette solution alternative a été ainsi regardée. Une deuxième contribution se situe au niveau de l'adaptation de données. Dans les différentes analyses ACV menées tout au long de cette thèse, la base Ecoinvent a été utilisée. Cependant, les données fournies sont souvent moyennées ce qui diminue la pertinence de leur utilisation dans un cas spécifique. Le procédé de transport par camion ainsi que celui de mise en décharge ont été étudiés de manière approfondie afin de les adapter à notre cas spécifique des chantiers de démolition situés en France. Dans le cas du transport, il a été nécessaire d'intégrer le retour à vide des camions évacuant les déchets tandis que les installations de stockage françaises ont des infrastructures différentes des décharges de référence suisses. Ainsi, ce travail d'adaptation des données Ecoinvent pourrait être étendue à d'autres modules de transports ou de décharges mais également à d'autres modules Ecoinvent afin de renforcer la pertinence des études ACV / The preservation of natural ressources is one of the biggest concerns for the years to come. The building sector that fulfills the need of a housing for every human being requires a lot of materials. Indeed, this industry plays a crucial role. Then, it seems relevant to study the building end of life which managing can transform waste into ressources. Thanks to the Life Cycle Assessment, it is possible to evaluate the environmental impacts of demolition sites and also to estimate the potential benefits of a more durable managing. From a traditional demolition where waste separation was not or little done, we are now going to a selective demolition where waste sorting is made and the different waste categories are sent to specific installations (recycling platforms, incinerators or landfills for example). Nowadays, waste recyling is being encouraged particularly for materials where the environmental benefits come with the economic ones like for metals. Our work considered the reuse of structural elements in reinforced concrete instead of their recycling. It allows to increase their lifetime while decreasing the need in mineral ressources. The environmental relevance of this solution was studied. The second contribution deals with the data adaptation needed in LCA. During the various LCA studies done in this work, the Ecoinvent database was used. However, the provided data was often too aggregated and consisted in average data which reduces the relevance of using it in specific cases. A deep analysis of the truck transportation and the landfill processes was made as well as the adaptation needed to be coherent with the specific case of demolition sites located in France. In the case of the transport process, the empty returns were more specifically taken into account. For the landfill process, one has to deal with the differences between the french and the swiss infrastructures used as the reference ones. Thus, this data adaptation could be extended to other transport and landfill processes but also to other Ecoinvent processes in order to reinforce the reliability of LCA studies

Les systèmes d'aide à la conduite gèrent un grand volume de données qui doivent être mises à jour régulièrement. Cependant, ces systèmes ne permettent, ni de les stocker, ni de les gérer d'une manière efficace. Pour ces raisons, nous proposons l'intégration d'un système de bases de données temps réel (TR) dans les systèmes d'aide à la conduite. Cela permet d'améliorer la tolérance aux fautes, de réduire le nombre de transactions et de réduire leur temps de réponse. La gestion d'un grand volume de données et leurs contraintes TR rend ces systèmes plus complexes, ce qui rend leur modélisation plus difficile. Pour remédier à cette complexité, nous avons proposé trois patrons de conception en nous basant sur un processus de création de patrons. Ce processus permet de définir les étapes à suivre pour déterminer les fonctionnalités et les exigences du domaine d'aide à la conduite, d'une part, et de définir les règles d'unification pour générer les diagrammes UML de classes et de séquence, d'autre part. Pour représenter ces patrons, nous avons proposé le profil UML-RTDB2, pour tenir compte : (i) de l'expression de la variabilité des patrons, (ii) de la représentation des contraintes TR et des aspects non fonctionnels et (iii) des éléments instanciés à partir des patrons lors de la modélisation d'une application cible. Une fois les patrons créés, ils peuvent être réutilisés par les concepteurs pour modéliser des systèmes spécifiques. Pour cela, nous avons proposé un processus de réutilisation pour guider les concepteurs d'applications lors de la réutilisation des solutions de patrons. Enfin, nous avons procédé à l'évaluation de ces patrons en utilisant deux catégories de métriques. / Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) manage an important volume of data that must be updated regularly. However, ADAS don't store, nor manage efficiently these data. For these reasons, we propose to integrate a real-time (RT) database system into ADAS. The integration of the RT database system allows improving the fault tolerance, reducing the number of transactions and minimizing their response time. The management of a lot of data makes these systems complex, thus, their design is highly difficult. To tackle this problem, we have proposed three patterns based on the pattern development process. This process allows defining the steps to follow in order to determine the functionalities and the requirements of the driver assistance domain on one hand, and defining the unification rules for the generation of the UML class and sequence diagrams, on the other hand. In order to represent these patterns, we have proposed UML-RTDB2 profile, which allows (i) expressing the variability of patterns, (ii) representing the real time constraints and the non functional properties and (iii) identifying the role played by each pattern element in a pattern instance. Once the proposed patterns are created, they can be reused by designers to model a specific application. For this reason, we have proposed a process to assist the applications designers when instantiating the patterns solutions. Finally, we have evaluated these patterns based on two categories of metrics.

Les réseaux de capteurs sont utilisés dans l’IoT pour collecter des données. Cependant, une expertise envers les réseaux de capteurs est requise pour interagir avec ces infrastructures. Pour un ingénieur logiciel, cibler de tels systèmes est difficile. Les spécifications des plateformes composant l'infrastructure de capteurs les obligent à travailler à un bas niveau d'abstraction et à utiliser des plateformes hétérogènes. Cette fastidieuse activité peut conduire à un code exploitant de manière non optimisée l’infrastructure. En étant spécifiques à une infrastructure, ces applications ne peuvent également pas être réutilisées facilement vers d’autres infrastructures. De plus, le déploiement de ces applications est hors du champ de compétences d’un ingénieur logiciel car il doit identifier la ou les plateforme(s) requise(s) pour supporter l’application. Enfin, l’architecture peut ne pas être conçue pour supporter l’exécution simultanée d’application, engendrant des déploiements redondants lorsqu’une nouvelle application est identifiée. Dans cette thèse, nous présentons une approche qui supporte (i) la définition de politiques de collecte de données à haut niveau d’abstraction et réutilisables, (ii) leur déploiement sur une infrastructure hétérogène dirigée par des modèles apportés par des experts réseau et (iii) la composition automatique de politiques sur des infrastructures hétérogènes. De ces contributions, un ingénieur peut dès lors manipuler un réseau de capteurs sans en connaitre les détails, en réutilisant des abstractions architecturales disponibles lors de l'expression des politiques, des politiques qui pourront également coexister au sein d'un même réseau. / Sensing infrastructures are classically used in the IoT to collect data. However, a deep knowledge of sensing infrastructures is needed to properly interact with the deployed systems. For software engineers, targeting these systems is tedious. First, the specifies of the platforms composing the infrastructure compel them to work with little abstractions and heterogeneous devices. This can lead to code that badly exploit the network infrastructure. Moreover, by being infrastructure specific, these applications cannot be easily reused across different systems. Secondly, the deployment of an application is outside the domain expertise of a software engineer as she needs to identify the required platform(s) to support her application. Lastly, the sensing infrastructure might not be designed to support the concurrent execution of various applications leading to redundant deployments when a new application is contemplated. In this thesis we present an approach that supports (i) the definition of data collection policies at high level of abstraction with a focus on their reuse, (ii) their deployment over a heterogeneous infrastructure driven by models designed by a network export and (iii) the automatic composition of the policy on top of the heterogeneous sensing infrastructures. Based on these contributions, a software engineer can exploit sensor networks without knowing the associated details, while reusing architectural abstractions available off-the-shelf in their policy. The network will also be shared automatically between the policies.

Le développement de nouvelles technologies pour le recyclage des eaux usées est une priorité pour les régions arides et semi-arides tels que les pays du bassin méditerranéen. L'objectif de ce travail a été, dans un premier temps, de développer un système de traitement tertiaire des eaux usées en testant l'efficacité de diodes électroluminescentes émettant des UV-A et/ou des UV-C (DEL-UV) sur l'inactivation de souches bactériennes indicatrices de pollution fécale (Escherichia coli et Enterococcus faecalis) puis sur des effluents urbains, en étudiant la diminution des pollutions microbiennes et chimiques. Cette première étape a mis en évidence l'efficacité accrue du couplage UV-A et UV-C, permettant d'obtenir une eau de qualité répondant aux exigences législatives relatives à la réutilisation des eaux usées pour l'irrigation. La deuxième partie de ce travail était l'étude de l'impact de l'arrosage avec des eaux usées traitées par DEL-UV sur les paramètres du sol et sur le devenir de certain polluant aromatiques dans les sols (anthracène et carbamazépine). L'arrosage avec des eaux usées traitées par DEL-UV ne modifie pas la composition chimique de la matière organique de sol, l'activité catabolique globale des microorganismes, et le nombre et la diversité de bactéries indicatrices de pollution fécale par rapport au sol arrosé avec de l'eau d'irrigation. Certaines activités enzymatiques liées à la dégradation de la matière organique augmentent dans les sols arrosés avec des eaux usées traitées par DEL-UV, montrant que la matière organique apportée par l'effluent est activement dégradée par les microorganismes. / The development of new technologies for wastewater reuse is a priority for arid and semi-arid areas such as Mediterranean countries. The objective of this work was, firstly, to develop a system for tertiary treatment of wastewaters testing LEDs emitting UV-A and / or UV-C (UV LEDs) on fecal indicator inactivation (Escherichia coli and Enterococcus faecalis) and then on urban effluents, by studying the decrease in both microbial and chemical pollution. This first step has highlighted a higher efficiency of this system when UV UV-A and UV-C are coupled. Wasterwaters with quality meeting the statutory requirements for the reuse of wastewater for irrigation were obtained and used in the second part of this work was to study the impact of watering with UV-LED- treated wastewaters on soil parameters and on the fate of pollutants (anthracene and carbamazepine) in soils. Watering with UV-LED treated wastewater does not change the chemical composition of soil organic matter, the global catabolic activity of soil microorganisms, and the number and diversity of fecal indicators compared to control (irrigation water). Certain enzymatic activities related to the degradation of organic matter increased in soil watered with UV-LED treated wastewater, showing that the organic matter added by the effluent is actively degraded by microorganisms. In addition, aromatic pollutants are oxidized two to three times faster in soils watered with UV-LED treated wastewater.

Dans le cadre du présent travail, nous nous intéressons à l'étude de l'impact des conditions hydrodynamiques et des matériaux utilisés sur le développement de biofilm au niveau des conduites des systèmes de micro-irrigation. Cette étude contribue à l'amélioration de la compréhension de l'impact de ces paramètres dans la mise en place et la croissance du biofilm. Pour ceci, un montage expérimental aux conditions d'écoulement maîtrisées a été mis en place au laboratoire avec une eau usée modèle de forte concentration en DCO (200 mg.L-1). Le suivi des paramètres de qualité d'eau (COT et oxygène dissous) ont été réalisés au cours des expérimentations. La masse du biofilm récupéré dans les conduites a été mesurée après un séchage à l'étuve à 105°C pendant 24 heures. Les résultats montrent une cinétique de développement du biofilm dans les conduites et confirment l'influence de l'hydrodynamique sur le développement de biofilm. Trois vitesses d'écoulement ont été testées (0,4, 0,8 et 1,2 m. s-1), le biofilm a tendance à se développer dans les conduites à plus faible vitesse. Une valeur seuil, à partir de laquelle la croissance du biofilm est observée tardivement, a été également identifiée. Les résultats obtenus ont été utilisés pour paramétrer un modèle cinétique simple qui permet de décrire le développement de biofilm en fonction des conditions hydrodynamiques. D'autres expérimentations ont été réalisées en parallèle pour étudier l'impact des matériaux plastiques (PE et PVC) et la configuration des conduites du montage expérimental sur le développement de biofilm. / This work aims to improve our understanding on how these parameters impact biofilm establishment and growth. For this purpose, we carried out an experiment in controlled hydrodynamic conditions using a synthetic effluent (200 mg.L-1 of COD concentration). Some water quality parameters (TOC and dissolved oxygen) were monitored . Moreover, biofilm was removed from pipes and then weighed after drying at 105°C for 24 hours. The obtained results confirmed the influence of hydrodynamic on biofilm development. Three flow rates were tested (0,4 ; 0,8 and 1,2 m.s-1) and it was observed that biofilm tends to develop in pipes at lower velocities. A threshold velocity value, from which biofilm growth was observed later, was also identified. The experimental results were used to build a simple model to describe biofilm development as a function of hydrodynamic conditions. Additionnal experiments were performed to study the impact of plastic materials (PE and PVC) and pipes configuration on biofilm growth

Les eaux usées peuvent possiblement être traitées par un système membrane intégré et combinant les procédés de bioréacteur à membrane (BAM) et d’osmose inverse (OI) pour une élimination efficace des micropolluants en vue de la réutilisation des eaux. Cependant, le rejet des concentrats d’OI dans l’environnement pourraient représenter un danger en raison de la toxicité de certains de leurs composés (micropolluants, sels, matières organiques). Une des solutions possibles peut être de recycler le concentrat d’OI vers le BAM. Néanmoins, une étude approfondie s’impose pour une telle configuration car le recyclage mettrait en jeu la recirculation de matière organique non biodégradable, ou de fortes concentrations en sels ou micropolluants, qui pourraient finalement engendrer, directement ou indirectement, un colmatage de la membrane ainsi qu’une modification de l’activité bactérienne dans le BAM. Les effets du recyclage de concentrat d’OI sur les performances de BAM ont été étudiés de deux différentes manières, en distinguant les effets à court-terme (ou court temps de contact) et les effets à long-terme (ou long temps de contact). Les résultats montrent qu’après un temps de contact de 3 heures entre le concentrat et les boues, les concentrations en protéines et polysaccharides dans le surnageant restent inchangées par rapport au début de l’opération. Une analyse HPLC-SEC a permis d’étudier les effets du concentrat d’OI sur la production de matières microbiennes solubles de types protéique. Un pic de concentration en substances protéiques ayant une masse moléculaire de 10 à 100 kDa a été observé dans le surnageant juste après l’addition du concentrat d’OI. Le pouvoir colmatant des boues n’a lui pas été modifié après l’injection du concentrat d’OI. Cette observation ouvre sur la possibilité de développer une opération d’OI comme traitement tertiaire en aval du BAM. La combinaison BAM-OI pourrait donc être une solution envisageable pour traiter le concentrat d’OI. Pour les longs temps de contact, les résultats ont montré que l’impact de l’effluent toxique (concentrat d’OI) sur les boues dépendait du rendement de l’opération d’OI et des caractéristiques du concentrat. Les mêmes tendances ont été observées quelle que soit la composition du concentrat en sels et en matière organique, puisqu’une augmentation de la concentration en protéine a été mise en évidence. L’effet du recyclage du concentrat d’OI a aussi été étudié à différents débits et avec différentes caractéristiques. Les effets sur les performances globales du BAM ainsi que sur son colmatage ont plus particulièrement été investigués. Le taux d’abattement en termes de Demande Chimique en Oxygène (DCO) est, dans tous les cas, supérieur à 93 %, quel que soit le débit de recyclage. Des résultats similaires ont été obtenus en termes de Carbone Organique Dissous. De plus, l’efficacité de la nitrification n’a pas été affectée en présence de concentrat d’OI dans le BAM. L’analyse HPLC-SEC a révélé un pic important de concentration en composés protéiques dans le surnageant, avec des masses moléculaires comprises entre 10 et 100 kDa et entre 100 et 1000 kDa. Par conséquent, une augmentation significative du pouvoir colmatant des boues a été observée et attribuée à la présence de protéines. Par ailleurs, le recyclage du concentrait d’OI n’a pas eu d’effet sur l’élimination de la carbamazépine et du diclofenac dans le BAM. Au contraire, l’élimination du ketoprofene a légèrement baissé, en passant de 94 à 72 %. Enfin, l’effet du recyclage de concentrat d’OI sur la biodégradation a été révélé comme insignifiant, ce qui indique que le recyclage du concentrat d’OI pourrait être une bonne alternative pour réduire les concentrats d’OI et limiter leur rejet dans l’environnement. / Wastewater effluents can be treated by an integrated membrane system combining membrane bioreactors (MBR) and reverse osmosis (RO) for effective removal of micropollutants in the field of high-quality water reuse. However, discharging the RO concentrate waste stream directly into the natural environment could lead to serious problems due to the toxic components contained in the concentrates (micropollutants, salts, organic matter). A possible solution could be the recirculation of RO concentrate waste to the MBR. However, such an operation should be studied in detail since the recirculation of non-biodegradable organic matter or high concentrations of salts and micropollutants could directly or indirectly contribute to MBR membrane fouling and modification of the biodegradation activity. The effects of RO concentrate recirculation on the MBR performances were investigated in two different ways of contact, i.e. short term peak contact and long-term continuous contact at various operating conditions. The results demonstrated that after 3 hours of contact time between the sludge and concentrate, the same values of both protein and polysaccharide concentrations were found in the supernatant, compared to that at the beginning of the reactor. HPLC-SEC analysis was employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs. A significant peak of protein-like substances with a molecular size of 10-100 kDa was observed immediately in the supernatant after the addition of RO concentrate. Besides, no significant change was found of the sludge fouling propensity after the injection of RO concentrate into the activated sludge. This finding proposes the opportunities to develop RO process as a tertiary treatment of the membrane bioreactor (MBR), hence, the integrated MBR - RO concept with the RO concentrate recirculation to the MBR might be a solution to treat the concentrate waste stream produced by RO. During the long-term continuous contact, the results demonstrated that the impact of the toxic flow on activated sludge depends on the recovery of the RO step and the characteristics of the concentrate but the same trends were observed whatever the organic matter and salt contents of the concentrates: the concentration of proteins increased. The effects of the reverse osmosis concentrate recirculation, at different flow rates and with different characteristics, to the MBR were investigated. Their impacts on MBR global performances, especially the MBR fouling were evaluated. The removal efficiencies of chemical oxygen demand (COD) at the different flow rates of concentrate were greater than 93%. Similar results for the dissolved organic carbon removal efficiency were found in the MBR. Additionally, the presence of RO concentrate in the MBR did not inhibit the nitrification process. HPLC-SEC analysis employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs demonstrated a significant peak of protein-like substances corresponding to 10-100 kDa and 100-1000 kDa molecules in the supernatant. Thus a significant increase of sludge fouling propensity was observed, which could be attributed to the increased quantity of protein-like substances. Furthermore, the recirculation of RO concentrate to the MBR did not significantly affect the removal of carbamazepine and diclofenac in the MBR. Meanwhile, the removal rate of ketoprofen was impacted slightly by the RO concentrate recycling to the MBR (from 94 to 72%). Finally, the effect of the concentrate on sludge activity was studied and no significant effect was observed on biodegradation, indicating that the return of the concentrate to the MBR could be a good alternative for the reduction of concentrate quantities before disposal to the environment.