Afin d'éliminer et de valoriser les biodéchets, de nombreuses collectivités ont opté pour une plate-forme de compostage. Les exigences de qualité des composts nécessitent actuellement un nombre important de caractérisations physico-chimiques et biologiques. Nos objectifs ont donc été d'étudier les processus du compostage et de mettre au point une méthode simple et efficace de suivi de l'évolution chimique et biologique des composts. Notre étude a porté sur un compostage de six mois en andains constitués d'un mélange de boues de station d'épuration urbaines et de déchets verts broyés. Les composts ont été caractérisés par des paramètres physico-chimiques (analyses élémentaires, matières organiques, substances humiques et lignine, Résonance Magnétique Nucléaire 13C du solide) et biologiques (respiration, dénombrement des micro-organismes et changements des profils métaboliques des communautés microbiennes, activités enzymatiques) qui ont mis en évidence la minéralisation et l'humification de la matière organique. Une banque de données établie à partir de 432 composts a ensuite démontré l'efficacité de la Spectroscopie Proche InfraRouge (SPIR) pour distinguer les composts suivant leur maturité. Enfin, aucun paramètre n'étant utilisable seul, l'ensemble des informations a été synthétisé par ACP en un Indice global d'Evolution du Compostage (IEC) parfaitement calibré en SPIR par la méthode PLS et permettant une détermination simple et précise de la maturité. Cette alliance SPIR-IEC pourrait être appliquée à l'optimisation d'un nouveau procédé de compostage en réacteur en cours de développement.

Les propriétés spectrales des composants fluorescents de la matière organique d’un sol naturel ont été étudiées dans les trois fractions physiques ; substances humiques, acide fulvique et acide humique, par la méthode des matrices d’excitation et d’émission de fluorescence couplée à l’algorithme Parallel Factor analysis (PARAFAC). Les modifications spectrales de ces composants ont été suivies (forme et pseudo-concentrations) en présence d’un contaminant de type hydrocarbure aromatique polycyclique (le benzo(a)pyrène (BaP), toxique et à caractère cancérigène) : (1) en faisant varier les volumes d’une solution pure de BaP dans chaque fraction de même concentration en matières organiques, (2) en faisant varier les concentrations en matière organique pour des concentrations fixes de BaP, qui ont été suivies dans le temps. Les résultats ont montré que le BaP influence d’une manière différente les fluorophores présents dans les trois fractions et ont permis de clarifier le type d’interactions avec une fraction ou l’autre. D’autre part, une discussion a été menée sur les paramètres de validation du nombre de composants pour le choix des modèles de PARAFAC. / The spectral properties of the fluorescent components of the organic matter of a natural soil were studied in the three physical fractions; humic substances, fulvic acid and humic acid, by the method of the excitation and fluorescence emission matrices coupled to the Parallel Factor Analysis (PARAFAC) algorithm. The spectral modifications of these components were studied (form and pseudo-concentrations) in the presence of a polycyclic aromatic hydrocarbon contaminant (benzo (a) pyrene (BaP), toxic and carcinogenic): (1) by varying the volumes of a pure solution of BaP in each fraction having the same concentration of organic matter, (2) by varying the concentrations of organic matter for fixed concentrations of BaP, which were followed over time. The results showed that the BaP influences the fluorophores present in the three fractions in a different way and clarified the type of interactions with one fraction or the other. On the other hand, a discussion was held on parameters for validating the number of components for the selection of PARAFAC models.

L'organisation des substances humiques à l'échelle moléculaire reste une question largement débattue, et à ce jour, il n'a pas été possible de trancher entre une structure polymérique en pelotte plus ou moins flexible et un assemblage supramoléculaire de molecules hétérogènes associées par des liaisons hydrogènes et des interactions hydrophobes. Dans cette thèse, nous étudions la reconformation induite par l'addition de tensio-actifs cationiques (Chlorure de C n-trimethylammonium) sur une série de substances humiques (acides fulvique et humiques) ainsi que sur de la matière organique naturelle contenue dans des eaux noires. Des mesures de turbidité, de diffusion de lumière, mobilité électrophorétique, tension de surface, spectroscopie de fluorescence, diffusion des neutrons aux petits angles, et cryomicroscopie à transmission, permettent de decrire les complexes formés entre le tensio-actif et la matière humique. L'association matière humique/tensio-actif dépend à la fois d'interactions d'origine électrostatique et hydrophobe. Une série de structures moléculaires, vésicules, disques, globules, pseudo-micelles, est observée en cryomicroscopie selon la concentration en surfactant. La séquence obtenue est cohérente avec un système catanionique, en d'autres termes une partie de la matière humique est amphiphile et s'organise en assemblage supramoléculaire. L'addition de tensio-actif modifie également fortement le spectre de fluorescence de la matière humique, les nouvelles bandes bien résolues présentes sur le spectre indiquant une restructuration majeure de l'assemblage supramoléculaire. / The structural organization of humic nanocolloids remains a matter of harsh debate, and surprisingly, it is yet not possible to decide between an arrangement of the humic matter in the form of randomly coiled macromolecules more or less connected, and a supramolecular organization of small heterogeneous molecules linked by hydrogen bonds and hydrophobic interactions. In this study, we investigate the reconformation induced by the addition of cationic surfactants (C n-trimethylammonium chloride) of varying alkyl chain length with a series of humic substances (HS) and Dissolved Organic matter (DOM) from two blackwater rivers of the Central Amazon. Turbidity measurements, Dynamic light scattering, electrophoretic mobility, surface tension, fluorescence spectroscopy, small angle neutron scattering and cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM), are combined to describe the Humic Substance/Surfactant complexes obtained. The association between the oppositely charged HS and cationic surfactant is driven by both electrostatic and hydrophobic interactions. A variety of molecular structures, unilamellar vesicles, disks, globules, spheroidal micelles, are visualized by cryo-TEM depending on surfactant concentration. Such sequence, consistent with those displayed by catanionic systems, provides an independent confirmation of both the amphiphilic nature of HS and of its supramolecular organization. In addition, the molecular rearrangement was investigated using single-scan fluorescence emission spectra spectroscopy, thus identifying the chemical groups responsible for the fluorescence properties in HS and DOM. The addition of cationic surfactant to HS/DOM unveils an unexpected fine structure of humic-like fluorescence through new emission peaks that are not evidenced in the references HS/DOM. An enhanced protein-like fluorescence indicating major restructuration and structural stacking/de-stacking is observed. All our results support a supramolecular organization of humic substances and DOM.

L'assainissement non collectif concerne 12 à 15 millions de personnes en France. La filière classique de ce mode d’assainissement se compose généralement d'un prétraitement anaérobie par une fosse septique recevant l’ensemble des eaux usées domestiques suivi d’un système d’infiltration dans le sol ou d’un filtre à sable. Le filtre à sable vertical drainé met à profit le pourvoir épuratoire qui est principalement lié à la présence d’une biomasse sous forme d’un biofilm. Cette dynamique de la croissance de la biomasse ou du biofilm est soumise à l’impact de la nature de matériaux filtrants. L’écoulement insaturé dans ces systèmes conditionne également cette croissance du biofilm. Dans ce contexte, l'objectif du travail de la thèse est d’appréhender les mécanismes mis en jeu et particulièrement l’impact des matériaux dans le fonctionnement des filtres en comparant notamment deux types de matériaux: les sables de rivière et les agrégats concassés. Pour cela, une étude expérimental sur une unité pilote composé des réacteurs de filtration du diamètre de 30cm et différents épaisseurs de garnissage (15, 30 et 70cm) a été construite. Les réacteurs garnis de deux sables roulés et deux agrégats concassés, sont alimentés en effluent septique avec une charge volumique 12cm/jour par 10 bâchés par jour. Suite des matériaux, une étude de la performance épuratoire avec le suivi des composants biochimiques de la biomasse totale et de la matrice extracellulaire du biofilm est réalisée en comparant notamment les deux types de matériaux filtrants. / The onsite wastewater treatment systems concern 12 to 15 million of people in France. The treatment plant is generally composed by a septic tank as pretreatment, followed by soil infiltration field or sand filtration bed. The vertical drained sand filter provides the purification capacity thanks to the presence of a biomass in form of the biofilm. The dynamic of the biomass growth or the biofilm development is under the impact of filter materials’ nature. In this context, the objective of this work is to understand the mechanisms involved and especially the impact of medium in the functioning of the filtration reactor by comparing two types of packing materials: river sands and crushed aggregates. For this purpose, an experimental study is conducted with pilot unity composed by filtration reactors of 30cm of diameter and different packing thicknesses (15, 30 and 70cm). The reactors packed with two river sands and two crushed aggregates are fed with septic effluent with a volumic hydraulic charge of 12cm/day by 10 batches per day. Based on a characterization of materials, a study of purification performance with biochemical components monitoring of the total biomass and the extracellular matrix of the biofilm is realized by comparing two types of filter materials. The purification performance has presented similar efficiencies of particulates and organic matters removals by fine river sand and fine crushed aggregate. The nitrogen pollutants removals are more effective in the fine river sand which presents the finest granulometry with an alternative of aerobic and anoxic phases along the reactor depth and with a biomass more abundant. The distribution and the quality of the total biomass and the extracellular matrix differentiate between the river sand and the crushed aggregates. As the reference material, the fine river sand presented an earlier stabilization of total biomass growth with a less important production of extracellular exudates compared to the crushed aggregates. The origin of impacts brought by the crushed aggregates might be due to the higher fine particles content which created microenvironments poor in substrates or in oxygen and also due to a more heterogeneous mineralogy. The extracellular components of highest percentage in the biofilm of crushed aggregate are polysaccharides type substances.