Les principaux objectifs étaient d'évaluer la stabilité de l'environnement des scories métallurgiques de Cu résultant de différentes périodes d'activités industrielles et de différentes technologies de fusion. Parmi les scories étudiées, on retrouve: les scories historiques cristallines (SH) ainsi que modernes: les scories de four vertical (SFS), les scories granulées (GS) et les scories de plomb (LS). Les différentes approches adoptées dans ce travail de thèse ont tenu compte de: i) la composition chimique et la phase minérale des scories, ii) la sensibilité à la lixiviation des scories sous l’exposition à différentes conditions de pH en mode statique, iii) l’altération des scories sous exposition aux acides organiques couramment trouvés dans l'environnement du sol, iv ) la bio-altération des scories par les bactéries (Pseudomonas aeruginosa) et v) l’application future de la récupération des métaux provenant des scories étudiées en mettant en œuvre la méthode de lixiviation biologique. Résultats cruciaux: Les résultats des tests de lixiviation dépendant du pH ont montré une libération de métal plus élevée dans des conditions fortement acides (pH 2 et 4), alors que la lixiviation dans des conditions alcalines (pH 10.5) était moins importante pour toutes les scories analysées. L'effet de l’altération par le sol a été démontré, la dissolution des scories est notamment sensible à la présence d'exsudats racinaires artificiels (ARE), d’acides humiques (HA) et d’acides fulviques (FA), la contribution des ARE étant la plus forte. Selon les données recueillies, la dissolution relative des scories est strictement liée à leurs caractéristiques (composition chimique et minéralogique) en fonction des différentes conditions étudiées. L'étude concernant l’effet de l’altération biologique a révélé que Pseudomonas aeruginosa améliore considérablement la libération des éléments majeurs (Si et Fe) et métalliques (Cu, Zn, Pb) par rapport aux effets des facteurs abiotiques, indépendamment de la chimie et de la structure des scories. En outre, une récupération élevée (jusqu'à 90%) des métaux (Cu, Zn, Fe) pourrait être obtenue grâce à la lixiviation avec Acidithiobacillus thiooxidans dans des conditions de laboratoire. Conclusions générales : La stabilité des scories dans l'environnement dépend à la fois des caractéristiques chimiques et de la minéralogie. Cependant, les phases minérales hébergeant les métaux sont les facteurs les plus déterminants concernant l'intensité de la lixiviation des métaux. Pour cette raison, l'examen individuel du comportement des scories est important pour empêcher la contamination de l'environnement et devrait être considéré comme une priorité pour la gestion durable des scories. L’optimisation des paramètres de fonctionnement pour le biolessivage et le développement de la technologie à l'échelle industrielle pourrait permettre une bien meilleure gestion (voir l’exploitation) des scories métallurgiques de Cu / Problem statement: Copper pyrometallurgical slags are inevitable waste by-products of Cu smelting operations. These waste are considered to be important due to their production volume and high residual metal content that are inefficiently recovered during industrial process. Due to the lack of sustainable practices in the past, tremendous volumes of Cu-slags have been disposed in many industrial districts, regardless of the weathering and associated environmental risk. Consequently, there are many areas where slags have been proven to be a source of metallic pollution for the surrounding environment. At the present time, the outstanding contradiction between the sustainable development and environmental pollution encourages to undertake the action regarding this aspect. For this reason, slags are currently being used as supplementary materials for civil engineering purposes (e.g. cement and concrete additives, road bed filling materials, hydraulic construction materials) rather than disposed. Additionally, modern-day management strategies require slags to be thoroughly evaluated with respect to their environmental stability prior undertaking any reuse action. Main objectives were to evaluate environmental stability of Cu-metallurgical slags resulting from different periods of industrial activities and different smelting technologies. Those included: historical crystalline slag (HS) as well as modern: shaft furnace slag (SFS), granulated slag (GS) and lead slag (LS). Different approaches undertaken in this PhD work considered: i) chemical and mineral phase compositions of slags, ii) leaching susceptibility of slags under exposure to different pH-stat conditions, iii) slags weathering under exposure to organic acids commonly found in soil environment, iv) bacterially (Pseudomonas aeruginosa) mediated weathering of slags and v) future application of studied slags for metal recovery by implementing the bioleaching method. Crucial results: The results of the pH-dependent leaching tests showed a higher metal release in strong acidic conditions (pH 2 and 4), whereas leachability at alkaline conditions (pH 10.5) revealed a lower importance for all the slags analyzed. The study considering soil weathering scenario demonstrated that Cu-slags are susceptible to dissolution in the presence of artificial root exudates (ARE), humic (HA) and fulvic acids (FA), whereby ARE were found to have stronger contribution than HA and FA. According to data collected, the different behavior of individual slags is strictly related to their characteristics (chemical and phase composition) reflecting various susceptibilities to dissolution under the investigated conditions. The study considering bio-weathering scenario revealed that Pseudomonas aeruginosa considerably enhances the release of major (Si and Fe) and metallic (Cu, Zn, Pb) elements compared to the effects of abiotic factors, regardless of the slags chemistry and structure. Furthermore, a high gain (up to 90%) of metals (Cu, Zn, Fe) could be credited to bioleaching with Acidithiobacillus thiooxidans under laboratory conditions. General conclusions: The environmental stability of slags depends on both, their bulk chemistry and mineralogy. However, mineral phases harbouring the metals are the key players in metal leachability intensity. For, this reason consideration of individual slags behaviour is important for preventing environmental contamination and should be regarded as priority branch of sustainable slag management. Optimization of operating parameters for bioleaching following development of industrial scale technology is an incentive scheme for future management of Cu-metallurgical slags

La dénitrification autotrophe utilisant le fer Ferreux est un bioprocédé innovant pour l'élimination des nitrates, en même temps que l'oxydation du fer dans les eaux usées. Les dénitrifiants chimio-autotrophes convertissent le nitrate en azote gazeux et l'oxydation du Fe(II) conduit à la production de précipités de fer ferrique qui peuvent ensuite être enlevés et récupérés. La possibilité de maintenir une dénitrification autotrophe avec le fer ferreux en utilisant une culture mixte de Thiobacillus, un inoculum de boue activée et des cultures pures de la souche Pseudogulbenkiania 2002 et de T. denitrificans dans différentes conditions de pH et d'EDTA:Fe(II) a été initialement étudiée dans des essais biologiques par lots. Des ratios plus faibles d’EDTA:Fe(II) se traduisent par une efficacité et des taux d'élimination des nitrates plus élevés. La culture mixte de Thiobacillus présente le taux d'élimination de nitrate le plus élevé, égal à 1.18 mM•(g VSS•d)-1.Par la suite, la culture mixte de Thiobacillus a été ensemencée dans deux réacteurs à lit tassé à flux montant identiques. Les deux réacteurs (réacteur 1 et 2) ont reçu respectivement 120 et 60 mg / L de nitrate et une alimentation différente de Fe (II) afin de respecter un rapport molaire Fe(II):NO3- de 5:1. L’EDTA a été supplémenté à un rapport molaire EDTA:Fe(II) de 0,5:1. Le pH, le TRH et la température étaient de 6,5-7,0, 31 h et 22 ± 2 ° C. Dans le réacteur 1, le TRH a été raccourci de 31 à 24 h et la concentration de NO3- a été maintenue stable à 250 mg / L. Inversement, le réacteur 2 a été mis en fonctionnement avec un TRH décroissant et une concentration de NO3- en alimentation, maintenant ainsi un taux de charge de NO3- stable. Après environ 80 jours d'incubation, l'élimination des nitrates était de 88% dans le réacteur 1 pour un THR de 31 h. L'élimination de nitrates la plus élevée obtenue dans le réacteur 2 était de 80%. Une diminution du TRH de 31 à 24 h n'a pas affecté l'élimination du nitrate dans le réacteur 1, alors que dans le réacteur 2 l'élimination du nitrate a diminué à 64%.De plus, l'influence des métaux lourds (Ni, Cu, Zn) sur la dénitrification autotrophe utilisant du fer ferreux a été évaluée dans des essais biologiques discontinus, en utilisant les mêmes quatre cultures microbiennes différentes. L'efficacité et les taux d'élimination des nitrates les plus élevés ont été obtenus avec la culture mixte dominante de Thiobacillus, alors que la souche Pseudogulbenkiania de 2002 était la moins efficace. Cu s'est avéré être le métal le plus inhibiteur pour les cultures mixtes. Un impact plus faible a été observé lorsque le Zn a été ajouté. Le Ni présentait l'effet inhibiteur le plus faible. Une sensibilité plus élevée à la toxicité des métaux a été observée pour les cultures pures. Enfin, la caractérisation minérale des précipités obtenus pour les expériences avec du Cu, Ni et Zn a été étudiée. Chez les témoins abiotiques, l'oxydation chimique du Fe (II) a entraîné la formation d'hématite. Un mélange de différents (hydro)oxides de Fe(III) a été observé pour toutes les cultures microbiennes, et en particulier : i) un mélange d'hématite, d'akaganéite et / ou de ferrihydrite a été observé dans les précipités des expériences réalisées avec la culture mixte dominée par la présence de Thiobacillus; ii) en plus d'hématite, de l'akaganeite et / ou de la ferrihydrite, la maghémite a été identifiée lorsque la culture pure de T. denitrificans a été utilisée; iii) l'utilisation de la culture pure de la souche Pseudogulbenkiania 2002 a entraîné la formation d'hématite et de maghémite; enfin, l'enrichissement en boues activées a permis la production d'hématite et de magnétite en plus de la maghémite. Aucune différence concernant la minéralogie des précipités n'a été observée avec l'addition de Cu, alors que l'addition de Ni et de Zn a probablement stimulé la formation de maghémite. Une caractérisation minérale supplémentaire est cependant nécessaire / Ferrous iron mediated autotrophic denitrification is an innovative bioprocess for nitrate removal, simultaneously with iron oxidation in wastewaters. Chemoautotrophic denitrifiers convert nitrate to nitrogen gas and Fe(II) oxidation results in the production of ferric iron precipitates that can be subsequently removed and recovered. The feasibility of maintaining Fe(II)-mediated autotrophic denitrification with a Thiobacillus mixed culture, an activated sludge inoculum and pure cultures of Pseudogulbenkiania strain 2002 and T. denitrificans under different pH and EDTA:Fe(II) conditions was initially investigated in batch bioassays. Lower EDTA: Fe(II) ratios resulted in higher nitrate removal efficiency and rates. The Thiobacillus mixed culture resulted in the highest specific nitrate removal rate, equal to 1.18 mM•(g VSS•d)-1.Subsequently, the Thiobacillus mixed culture was seeded in two identical up-flow packed bed reactors. The two reactors (reactor 1 and 2) were fed with 120 and 60 mg/L of nitrate, respectively, and a different Fe(II) feed in order to respect a molar ratio Fe(II):NO3- 5:1. EDTA was supplemented at a EDTA:Fe(II) molar ratio 0.5:1. The pH, HRT and temperature were 6.5-7.0, 31 h and 22±2°C. In reactor 1, HRT was shortened from 31 to 24 h and NO3- concentration was maintained stable at 250 mg/L. Conversely, reactor 2 was operated with decreasing HRT and feed NO3- concentration, thus maintaining a stable NO3- loading rate. After approximately 80 d of incubation, nitrate removal was 88% in reactor 1 at HRT of 31 h. The highest nitrate removal achieved in reactor 2 was 80%. A HRT decrease from 31 to 24 h did not affect nitrate removal in reactor 1, whereas nitrate removal decreased to 64% in reactor 2.Moreover, the influence of heavy metals (Ni, Cu, Zn) on Fe(II)-mediated autotrophic denitrification was assessed in batch bioassays. The highest nitrate removal efficiency and rates were achieved with the Thiobacillus-dominated mixed culture, whereas Pseudogulbenkiania strain 2002 was the least effective. Cu showed to be the most inhibitory metal for mixed cultures. A lower impact was observed when Zn was supplemented. Ni showed the lowest inhibitory effect. A higher sensitivity to metal toxicity was observed for the pure cultures. Finally, the mineral characterization of the precipitates obtained in the experiments with Cu, Ni and Zn was investigated. In abiotic controls, the chemical Fe(II) oxidation resulted in hematite formation. A mixture of different Fe(III) (hydr)oxides was observed with all microbial cultures, and in particular: i) a mixture of hematite, akaganeite and/or ferrihydrite was observed in the precipitates of the experiments carried out with the Thiobacillus-dominated mixed culture; ii) on top of hematite, akaganeite and/or ferrihydrite, maghemite was identified when the T.denitrificans pure culture was used; iii) the use of the pure culture of Pseudogulbenkiania strain 2002 resulted in hematite and maghemite formation; finally, the activated sludge enrichment allowed the production of hematite and magnetite besides maghemite. No difference in the mineralogy of the precipitates was observed with the addition of Cu, whereas the addition of Ni and Zn likely stimulated the formation of maghemite. Further mineral characterization is however required