Reproduction de : Thèse de doctorat : Biochimie : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 173-189.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie des matériaux : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 179-196.

Le traitement de l’eau au point d’utilisation est recommandé par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) pour réduire l’incidence des maladies diarrhéiques, en prévenant la contamination microbiologique de l’eau de boisson. Les produits de coagulation/désinfection combinés (PCDC) et la désinfection combinée à un entreposage de l’eau sécuritaire font partie des traitements au point d’utilisation recommandés par l’OMS. Bien que les performances d’enlèvement des microorganismes pathogènes de ces produits soient bien documentées, les sous-produits de désinfection (SPD) résultant de la réaction du chlore qu’ils contiennent avec la matière organique dissoute (MOD) présente dans l’eau, ont été peu étudiés jusqu’à maintenant. Ce projet avait comme objectif de caractériser la formation des SPD par 4 produits destinés au traitement au point d’utilisation sur trois types d’eau (eau de marais, eau du fleuve St-Laurent et eau synthétique de laboratoire). Deux des quatre produits testés sont des PCDC (PUR® et Aquafloq®), alors que les deux autres ne contiennent pas de coagulant (solution d’hypochlorite de sodium (NaOCl) et pastilles Aquatabs®). Les concentrations en trihalométhanes (THM) et en acides haloacétiques (AHA) de l’eau traitée ont été suivies aux pas de temps 30 minutes, 1h, 4h et 24h. Sur les 15 tests réalisés, 6 d’entre eux ont obtenu des concentrations en SPD qui dépassent les recommandations de l’OMS. Les concentrations maximales en THM4 (415 ppb) et AHA5 (335 ppb) ont été obtenues pour le test NaOCl à double dose (8,4 mg Cl2/L) dans l’eau du marais. L’efficacité de méthodes d’estimation des concentrations en SPD, c.-à-d. le différentiel d’absorbance UV (DAUV) et la consommation en chlore (CCL), ont également été étudiées. Les performances de ces méthodes variaient selon les types de SPD (R2 allant de 0,69 pour les THM4 avec la CCL, à 0,98 pour les AHA5 avec le DAUV). / Point of use treatment is recommended by the World health organisation (WHO) to reduce diarrhoeal diseases, by preventing microbial contamination of drinking water. Coagulant-disinfectant products (CDP) and disinfection combined to safe storage practices are among the point of use treatments recommended by the WHO. Since microbial reduction performances of these products are well documented, little is known about the disinfection by-products (DBP) formed by the reaction of the free chlorine they contain, with the dissolved organic matter present in the water. This project aimed to characterize the formation of DBP by 4 point of use treatments in 3 different water source (swamp, St-Laurent River and laboratory synthetic water). 2 of the 4 tested products were CDP (PUR® and Aquafloq®), and the 2 others didn’t have coagulant (sodium hypochlorite (NaOCl) solution and Aquatabs® tablets). Trihalomethane (THM) en haloacetic acids (HAA) concentrations in treated water were measured at 4 different time steps: 30 min, 1h, 4h, and 24h. On the 15 tests realized, 6 of them had DBP concentrations that exceeded the WHO guidelines. Maximum THM4 (415 ppb) and HAA5 (335 ppb) concentrations were obtained with double dose NaOCl (8,4 mg Cl2/L) in the swamp. Alternative methods allowing estimation of DBP formation concentrations (e.g. differential UV absorbance (DUVA) and chlorine consumption (CLC)) were also investigated. Their performances varied according to the DBP’s nature (from R2 =0.69, for THM4 with CLC, to R2 =0.98, for HAA5 with DUVA).

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les trihalométhanes (THM) et les acides haloacétiques (AHA) constituent les seules familles réglementées de sous-produits de la désinfection (SPD). Les SPD sont des composés issus de la réaction de la matière organique naturelle présente dans l’eau et du désinfectant lors du traitement de l’eau potable. La plupart de ces composés ne sont pas réglementés, même si plusieurs études ont montré que certains SPD peuvent présenter un risque toxicologique plus important que les THM et les AHA. De nos jours, très peu d’informations sont disponibles sur l’occurrence des SPD non-réglementés dans l’eau potable, en particulier dans les petits réseaux municipaux. Paradoxalement, les petits réseaux approvisionnés en eau de surface ont souvent des difficultés à mettre en place des traitements adéquats pour enlever les précurseurs de SPD dans l’eau soumise à la désinfection. L’eau potable des petits réseaux est ainsi plus vulnérable aux SPD et leur suivi y est d’autant plus important. Cette thèse s’est donc consacrée à améliorer les connaissances sur l’occurrence des SPD (et en particulier, les SPD non-réglementés) dans les petits réseaux de distribution d’eau potable, en étudiant notamment leur évolution spatiale et temporelle. Pour ce faire, deux campagnes d’échantillonnage ont été réalisées sur deux ans (entre 2010 et 2012) dans 25 petits réseaux du Québec et de Terre-Neuve-et-Labrador. Les THM, les AHA et trois autres familles de SPD non-réglementés, à savoir les haloacétonitriles, les halonitrométhanes et les haloacétones, ont été étudiés. Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre leur patron de variabilité spatio-temporelle, de modéliser leur présence et de développer un outil d’aide à la décision pour la mise en place d’une stratégie de suivi des SPD réglementés et non-réglementés. / Trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs) constitute the only regulated disinfection by-products (DBPs) in various countries. DBPs are compounds formed during drinking water treatment, from the reaction between natural organic matter and the disinfectant. Most DBPs are not regulated, even if they may have more pronounced toxicological effects than regulated ones. There is currently very little information about the occurrence of non-regulated DBPs, particularly in small water systems (SWS). Paradoxically, in many cases, SWS supplied by surface waters lack adequate treatment processes to remove DBP precursors in water subjected to the disinfection process. Their tap water may be more vulnerable to the presence of DBPs. This thesis is dedicated to improving the knowledge of the occurrence of DBPs (especially non-regulated DBPs) in SWS by studying their spatial and temporal variability. To do that, two sampling programs were carried out in 25 SWS during two years (between 2010 and 2012) in Canada. Small systems in the provinces of Newfoundland & Labrador and Quebec were considered. The following DBPs were measured during the study: THMs, HAAs, haloacetonitriles, haloketones and halonitromethanes. The obtained results contribute to a better understanding of the DBP spatio-temporal variation patterns, to establishing models to evaluate their levels and to developing decision-making schemes for simultaneously monitoring various families of DBPs, including non-regulated DBPs.

La formation des sous-produits de chloration dans les piscines couvertes dépend de nombreux paramètres cinétiques et hydrauliques. Cette étude propose le développement d’un modèle de prédiction de la formation de certains sous-produits de chloration et de leur transfert dans l’air. La construction du modèle est basée sur le couplage de constantes cinétiques déterminées à l’échelle laboratoire avec des modèles hydrauliques caractérisant les écoulements dans le bassin. Afin de calibrer et de valider les modèles, un bassin expérimental à l’échelle 1/10ème a été mis en place. Par ailleurs, une méthode de mesure des concentrations des sous-produits de chloration dans l’eau et dans l’air par Membrane Inlet Mass Spectrometry a été évaluée. La représentativité et la reproductivité des expériences réalisées sur le bassin ont été étudiées. À l’échelle laboratoire, les constantes cinétiques de consommation du chlore, de formation du chloroforme et de formation du dichloroacétonitrile par chloration du Body Fluid Analogue utilisé pour mimer les apports organiques des baigneurs ont été déterminées. Le comportement hydraulique du bassin a été modélisé par une série de réacteurs idéaux. Cette modélisation a été validée par la réalisation d’expériences de traçage sur le bassin expérimental. Enfin, les constantes de transfert eau-air des sous-produits de chloration volatils ont été déterminées et comparées avec plusieurs modèles de la littérature. Les résultats obtenus montrent que les modèles permettent de prévoir de façon satisfaisante l’évolution des paramètres modélisés. Le bassin expérimental constitue également un outil prometteur pour la calibration de modèles et l’évaluation de solutions de traitement. / The formation of chlorination by-products in swimming pools depends on many kinetic and hydraulic parameters. This study presents the development of a predictive model for the formation of chlorination by-products as well as their water-to-air transfer. The model is based on the coupling of kinetic rates determined in batch with hydraulic models which describe the flows in the basin. A pilot pool unit has been built in order to collect experimental data for the calibration and validation of the models. Moreover an analytical method by Membrane Inlet Mass Spectrometry has been assessed. The representativeness and the reproducibility of experiments performed on the pilot pool unit have been described. Kinetic rates for chlorine consumption, chloroform formation and dichloroacetonitrile formation have been studied at lab scale, based on chlorination experiments of a Body Fluid Analogue, a mix of chemicals which reproduces human intakes in swimming pools. The hydraulic behavior of the basin has been modeled by a series of ideal reactors. The model has been validated by comparison with tracer-based experiments. Finally, water-to-air transfer rates have been determined and compared with models from the literature. The modeled parameters were satisfactorily modeled. Moreover the pilot pool unit has been demonstrated to be useful in calibrating models or in assessing treatment solutions.

Depuis la fin du 20ème siècle, notre société a pris conscience que la protection de l’environnement et le développement durable sont nécessaires à notre épanouissement futur. Des directives ont contraint les pouvoirs publics, les collectivités, ainsi que les industriels à réagir notamment en s’impliquant dans la recherche. Les cimentiers sont aussi concernés. La fabrication du ciment nécessite énormément de matières premières.L’objectif principal de cette thèse est donc de valoriser les sous-produits industriels en matériaux cimentaires. Le contexte et la problématique des déchets sont abordés, ainsi que la possibilité de valorisation par les ciments. La méthodologie mise en place et son originalité sont expliqués. Dans un premier temps, le protocole de caractérisation des déchets minéraux a été développé et les résultats en laboratoire sont prometteurs pour le remplacement du calcaire et de l’argile dans le cru d’un ciment. Les cuissons en laboratoire ont permis d’obtenir un ciment comportant les 4 phases d’un Portland. La synthèse en plus grande quantité d’une formulation en laboratoire a mis en évidence de bonnes performances mécaniques sur mortiers au jeune âge. Dans un deuxième temps, les meilleures formulations ont été testées à l’échelle industrielle, dans le four de ARF. Le cru, malaxé par trémies agitatrices, a été une réussite. Enfin, l’immobilisation des polluants dans une matrice cimentaire des résidus de combustion, provenant des combustibles secondaires de ARF a permis de déclasser le déchet stabilisé/solidifié par réduction granulométrique du matériau avant tabilisation/solidification. / Since 20th century’s end, our society started to take conscience of environmental protection and sustainable development are required to our future blooming. Directives have obliged public authorities, communities, such as industry to be reacted particularly while being implied in research. The cement-manufacturers are also concerned. The process cement-manufacturer requires large quantities of raw materials. The main objective of the thesis is to value industrial by-products by cementitious materials. Context and problem of wastes were discussed, as well as the possibility of valorization such as the cements. The methodology set up for the thesis and its originality are explained. First, the protocol of characterization of mineral wastes was developed. The results in laboratory are promising for the replacement of limestone and clay in the cement’s raw meal and different formulations. The cookings in laboratory allowed obtaining a cement containing 4 phases of Portland. The synthesis in bigger quantity of a formulation in laboratory highlighted good mechanical performances on mortars at the young age. In a second stage, the best formulations were tested on an industrial scale in the ARF’s kiln. The raw meal, mixed by hoppers agitators, was a success. Finally, immobilization of pollutants in a cement matrix of the residues after combustion, resulting from secondary fuels of ARF, was studied to be able to downgrade the waste stabilized/solidified by grading reduction of the material before stabilization/solidification.

Dans un contexte de transition énergétique, ce travail de recherche s’inscrit dans la dynamiqued’explorer la potentialité de nouvelles biomasses pour la production d’un vecteur énergétique propre,l’hydrogène (H2). Au cours de cette thèse, un procédé de production d’H2 par fermentation endogèneet sans dépense énergétique supplémentaire, a été élaboré à partir de biomasses viticoles, etl’influence de paramètres opératoires a été testée. Enfin, le type de biomasses influe sur laproduction d’H2, non seulement par sa composition biochimique, mais aussi par leur microfloreendogène qui oriente le métabolisme. La microflore endogène responsable de la production d’H2 àpartir de ‘bourbes’ (50 ± 6 L/Lbourbes avec un rendement de 2,0 ± 0,2 mol/mol) appartient à la familleClostridiaceae et est associée aux voies acétate/butyrate, alors que celle des ‘marcs’ (20 ± 4L/kgmarcs avec un rendement de 1,3 ± 0,3 mol/mol) appartient aux Enterobacteriaceae et estassociée aux voies acétate/éthanol. / In the context of energy transition, this work deals with the exploration of new potential biomasses forthe production of a clean energy vector, hydrogen (H2). During this thesis, a process of H2 productionby an endogenous fermentation from winery waste has been developed without any additionalenergetic consumption. The influence of operating parameters was studied. Finally, the type ofbiomass has an influence on the H2 production, not only because of initial biochemical composition,but also because of the endogenous microflora which orientates the metabolism. The endogenousmicroflora responsible of H2 production from ‘solid grape residues’ biomass (50 ± 6 L.L-1biomass with a2.0 ± 0.2 mol.mol-1 yield) through acetate/butyrate pathways belongs to Clostridiaceae family whilethe one responsible of H2 production from ‘grape pomace’ biomass (20 ± 4 L.kg-1biomass with a 1.3 ±0.3 mol.mol-1 yield) through acetate/ethanol pathways belongs to Enterobacteriaceae family.

La qualité de l’air que nous respirons à l’intérieur des espaces clos est devenue une préoccupation environnementale majeure. Il est aujourd’hui avéré que la présence de microorganismes dans l’air intérieur peut avoir des conséquences néfastes sur la santé humaine. Les systèmes de ventilation, lorsqu’ils sont mal entretenus, peuvent être eux-mêmes la source de bioaérosols suite à la contamination de leurs filtres. Afin de pallier ce problème, des filtres photocatalytiques ont été développés et testés dans des centrales de traitement d’air (CTA). Ce projet de thèse s’intéresse donc au devenir des microorganismes aérosolisés dans des filtres photocatalytiques. La première étape a consisté à étudier les mécanismes de dégradation par photochimie et photocatalyse d’une bactérie modèle, Escherichia coli (E. coli), en suspension dans l’eau sous irradiation UV-A ou UV-C. Ces deux traitements sont plus efficaces sous UV-C et engendrent des dommages oxydatifs au niveau de la membrane externe et des acides nucléiques bactériens. Le dosage de sous-produits chimiques permet de conclure que la photocatalyse UV-C est plus efficace pour dégrader irréversiblement les bactéries. La seconde étape a été consacrée à l’étude de l’inactivation de spores d’Aspergillus niger et de bactéries E. coli dans les filtres Ahlstrom. Nos résultats confirment l’intérêt d’utiliser des filtres photocatalytiques dans les CTA en comparaison avec les filtres non photocatalytiques. L’utilisation de filtres à haute efficacité, afin d’optimiser le temps de contact entre les microorganismes et le dépôt de dioxyde de titane, permet d’augmenter l’efficacité de dégradation du procédé photocatalytique / Indoor Air Quality (IAQ) has become of particular concern from an environmental and health and safety point of view. It is now proven that the presence of microorganisms in indoor air can have hazardous consequences on human health. HVAC systems, when poorly maintained, can themselves become source of bioaerosols when their filters are contaminated. To tackle this issue, photocatalytic filters have been developed and tested within HVAC systems. The aim of this PhD thesis is to look at the behaviour of microorganisms aerosolized through photocatalytic filters. The first step consisted of analysing the photochemistry and photocatalysis degradation mechanisms of a model bacterium, Escherichia coli (E. coli), in suspension in water under UV-A or UV-C radiation. These two treatments were proven to be more efficient under UV-C radiation and led to oxidative damages to outer membrane and nucleic acids. The measurement of chemical by-products allowed us to conclude that UV-C photocatalysis is more effective in damaging bacteria in an irreversible manner. The second step focused on the analysis of the inactivation of Aspergillus niger spores and E. coli bacteria within Ahlstrom filters. Our results confirm the benefits of using photocatalytic filters in HVAC systems instead of non-photocatalytic filters. The use of high efficiency filters to optimise the contact between the microorganisms and the titanium dioxide deposit, allows an increase in the damaging efficiency of the photocatalytic process

Ce travail a pour objectif de développer des biocomposites à base de poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) et de farine grignons d'olive (FGO) préparés par mélange fondu. Il s'articule autour de quatre parties. La première partie comprend une étude de la morphologie et des propriétés physiques des échantillons biocomposites PHBV/FGO aux taux de charge de 10, 20 et 30% en masse. Les résultats indiquent que le système PHBV/FGO se caractérise par une séparation de phase dont le nombre et la taille des particules de FGO augmentent avec le taux de charge. De plus, la stabilité thermique et les propriétés barrières vis à vis de la vapeur d'eau et de l'oxygène ont diminué. Par contre, l'incorporation de la FGO dans le PHBV induit une augmentation du module d'Young qui s'accentue avec le taux de charge. La même tendance est également observée avec le module de conservation déterminé par DMA. Dans la seconde partie, l'impact du PHBV-g-MA comme agent compatibilisant dans les biocomposites PHBV/FGO a été évalué en fonction du taux de charge. La caractérisation morphologique du système ternaire a révélé que la présence du PHBV-g-MA dans les biocomposites PHBV/FGO induit une meilleure adhésion interfaciale entre les particules de la FGO et la matrice PHBV en raison des interactions charge-matrice. En conséquence, une nette amélioration des propriétés mécaniques, viscoélastiques et barrières aux gaz (vapeur d'eau et oxygène) est observée. Dans la troisième partie, une modification chimique de la FGO avec le trimethoxy (octadecyl)-silane (TMOS) et son influence sur la morphologie et les propriétés physiques de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 ont été étudiées. Les résultats révèlent une dispersion fine et homogène de la FGO traitée au TMOS dans la matrice PHBV avec en apparence moins de microvides en comparaison avec le biocomposite non modifié. Les propriétés physico-mécaniques du biocomposite PHBV/FGO modifiée sont sensiblement améliorées. La dernière partie consacrée à une étude du vieillissement hygrothermique dans l'eau de mer à 25 et 40°C de films de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 avant et après modification, révèle que la FGO favorise la cinétique de dégradation du système PHBV/FGO indépendamment du traitement. Toutefois, le biocomposite PHBV/FGO traité avec des organo-silanes se caractérise relativement par une résistance à la dégradation hygrothermique à 25 et 40°C par rapport au reste des échantillons biocomposites. / This work aims to develop a biocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) and olive husk flour (OHF) prepared by melt compounding. It's articulated around four parts. The first part includes a study of the morphology and physical properties of the PHBV/OHF biocomposite samples at the loading rates of 10, 20 and 30 wt%. The results indicate that the PHBV/OHF system is characterized by a phase separation whose number and size of OHF particles increases with the loading rate. Moreover, the thermal stability and the barrier properties against water vapor and oxygen have decreased. On the other hand, the incorporation of the OHF in the PHBV matrix induces an increase in the Young's modulus which is accentuated with filler content. The same trend is also observed with the storage modulus determined by DMA. In the second part, the effects of PHBV-g-MA used as the compatibilizer for PHBV/OHF biocomposites were evaluated as a function of the loading rate. The morphological characterization of the ternary system revealed that the presence of PHBV-g-MA in the PHBV/OHF biocomposites induces better interfacial adhesion between the OHF particles and the PHBV matrix due to filler-matrix interactions. Consequently, a significant improvement in the mechanical, viscoelastic and gas barrier properties (water vapor and oxygen) is observed. In the third part, a chemical modification of OHF with trimethoxy(octadecyl)-silane (TMOS) and its influence on the morphology and physical properties of PHBV/OHF: 80/20 biocomposites was studied. The results reveal a fine and homogeneous dispersion of the TMOS-treated OHF in the PHBV matrix with apparently fewer microvides compared to the unmodified biocomposite. The physical and mechanical properties of the modified PHBV/OHF biocomposite are significantly improved. The last part devoted to a study of the hygrothermal aging in sea water at 25 and 40°C of films of biocomposites PHBV/OHF: 80/20 before and after modification reveals that the OHF promotes the degradation kinetics of the PHBV/OHF system regardless of treatment. However, the organo-silane-treated PHBV/OHF biocomposite is relatively characterized by a resistance to hygrothermal degradation at 25 and 40°C compared to the rest of the biocomposite samples.