Les colonnes à cloison et la distillation réactive présentent de nombreux avantages. Si ces deux concepts sont couplés, cela conduit à un procédé intensifié appelé : colonne à cloison réactive. Ce nouveau procédé intensifié constitue le principal objet d’étude de cette thèse. Dans une première partie, une procédure de design d’une colonne à cloison basée sur le modèle FUGK a été proposée. Dans cette procédure les aspects technologiques et hydrodynamiques sont abordés. Ces paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser une simulation rigoureuse et une optimisation de cette colonne en utilisant le logiciel ProSim. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux et non idéaux ont été utilisés. Il a été montré que cette procédure de design aboutit rapidement aux paramètres de pré design qui permettent d’initialiser de manière satisfaisante la simulation rigoureuse. Dans un second temps, un pilote d’une hauteur de 4m a été conçu, monté et testé au laboratoire. Des résultats expérimentaux ont été obtenus qui valident la procédure sur des mélanges non réactifs en termes de profils de composition et de température ainsi que sur les compositions et les débits de sortie du procédé. Enfin, dans une dernière partie, cette procédure a été adaptée à des mélanges réactifs en combinant les approches de R. Thery et al (2005) et celle de Triantafyllou et al (1992). Ces ultimes développements ont été testés sur la production d’acétate de méthyl par estérification du méthanol par l’acide acétique à la fois d’un de vue expérimental et théorique. / Divided wall column and reactive distillation have many advantages. If a divided wall column and a reactive distillation are integrated, they leads to a higher integrated process is a reactive divided wall column. However reactive divided wall column has still a new research area. First of all, the thesis proposed a procedure for design of divided wall column, which based on the FUGK model. Both technological and hydrodynamic aspects in the divided wall column are considered in the procedure. Design parameters are then provided to the rigorous simulation and optimization in the ProSimplus software. In order to test this procedure, both ideal and non-ideal ternary mixtures are chosen to be separated in a divided wall column. The results show that the procedure can determine parameters quickly in the case studies and can give a good initialization for rigorous simulation. Secondly, a pilot plant has been design, built and operated in our laboratory (LGC, Toulouse, France, 2013). The pilot plant will provide necessary experimental evidence to validate the previous procedure. Ternary mixture and four-component mixture of alcohols have been used in our pilot plant in steady state conditions. The results show that the composition of products, composition and temperature profile along the column are in very good agreement with simulation results. Finally, a conceptual design method for reactive divided wall column is presented. The pre-design method of R. Thery et al., (2005) and a modified shortcut method for reactive divided wall column that is based on the classical shortcut adapted to a non-reactive divided wall column by C. Triantafyllou and R. Smith (1992) are applied. To verify, simulation and experiment are considered. The methodology has been illustrated for the synthesis of Methyl Acetate from Methanol and Acetic Acid.

L'enfouissement des déchets dans des lieux d'enfouissement techniques (LET), qui est encore - malheureusement - le mode de gestion des matières résiduelles le plus répandu, engendre la dégradation anaérobie de la fraction organique des déchets, générant ainsi du biogaz. Ce gaz est principalement composé de deux gaz à effet de serre, soit le méthane (CH[indice inférieur 4], environ 60% v/v) et le dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2], environ 40% v/v). Au Québec, la législation impose aux exploitants de LET de recouvrir leurs cellules d'enfouissement et de récupérer le biogaz généré par la dégradation des déchets. Par contre, ces mesures ne sont pas efficaces à 100% et du biogaz peut s'échapper à l'atmosphère sous forme d'émission fugitive. Pour tenter de remédier à la situation, l'implantation de biorecouvrements d'oxydation passive du méthane (BOPM) constitue une solution techniquement faisable et économiquement rentable. L'avantage des BOPM par rapport aux recouvrements traditionnels réside dans l'oxydation biotique du CH[indice inférieur 4] en CO[indice inférieur 2] par des bactéries méthanotrophes qui se développent naturellement dans le sol, en présence d'oxygène (O[indice inférieur 2]), de CH[indice inférieur 4] et de nutriments. Depuis 2006, 5 BOPM expérimentaux ont été mis en place, instrumentés et suivi sur le site d'enfouissement de Saint-Nicéphore, Québec, Canada. Le présent projet de maîtrise s'est concentré surtout sur les deux derniers BOPM construits, soit les BOPM 4 et 5. Par contre, j'ai participé à plusieurs activités de suivi des autres parcelles (BOPM1B, 2 et 3B), activités qui ne sont pas présentées dans le cadre de ce mémoire. Les BOPM 4 et 5 ont été mis en place en 2009. On y a employé uniquement des matériaux disponibles directement sur la propriété de l'exploitant et partenaire dans le présent projet de recherche, Waste Management (WM Québec inc.). Dans le cadre de ce projet, une évaluation du potentiel d'oxydation des BOPM 4 et 5 a été réalisée, incluant la caractérisation géotechnique des matériaux candidats. L'évaluation du potentiel d'oxydation a été réalisée en laboratoire par des essais d'oxydation et de respiration en colonne. Les taux d'oxydation maximums obtenus en laboratoire ont varié entre 24 et 192 g CH[indice inférieur 4]/mCH[indice supérieur 2*]j. Lors de la réalisation des essais d'oxydation en colonne, une plusieurs configurations potentielles de BOPM ont été étudiées. Deux conclusions partielles ont pu en être tirées concernant l'influence du niveau de compaction et de la hauteur du substrat. Au cours des essais d'oxydation en colonne, on a observé que l'accélération de la charge de biogaz causait une perte rapide de l'efficacité d'oxydation. Deux «méthodes» de récupération de l'efficacité d'oxydation ont alors été testées et ont fait leur preuve, soit le maintien du taux d'alimentation en CH[indice inférieur 4] jusqu'à ce que l'efficacité d'oxydation redevienne égale à 100% (méthode 1) et la diminution du taux d'alimentation en CH[indice inférieur 4] jusqu'à ce que l'efficacité d'oxydation remonte à 100% (méthode 2, à appliquer lorsque la méthode 1 ne semble pas fonctionner). De plus, une nouvelle méthodologie a été développée pour la réalisation des essais de respiration en colonne. Suite à l'évaluation citée précédemment et à des études de modélisation numérique sur le comportement hydraulique (écoulements non saturés) faits par d'autres membres de l'équipe de recherche, les deux parcelles (BOPM 4 et 5) ont été construites (2009) et instrumentées (2010).

In Quebec and in North-America, there is a common deterioration problem of the reinforced concrete structures in parking garages. The harsh environment surrounding those structures corrodes the steel rebars which is the principal cause of degradation. However, this problem can be completely eliminated by the use of a non corroding material such as glass fiber-reinforced polymer (GFRP). This master's thesis presents an overview of the properties of fiber-reinforced polymer (FRP) material and the standards related to their application. Also, the internal punching shear resistance mechanisms of two-way slabs are reviewed. This type of structure is widely used in parking garages. The results of eight two-way slabs reinforced with GFRP bars tested up to punching shear failure are presented in this master's thesis. Moreover, two reference slabs reinforced with steel have also been tested. The test parameters are : (i) the reinforcement type (GFRP or Steel) (ii) the slab thickness (iii) the column dimensions (iv) the reinforcement ratio and; (v) the presence of compressive reinforcement. The slab dimensions are 2.5 m x 2.5 m with a slab thickness of 200 or 350 mm. The results revealed that all the specimens reinforced with GFRP bars showed a brittle failure similar to the reference specimens reinforced with steel. Furthermore, the GFRP specimens had a similar crack pattern and surface failure than the homologue reference specimens. However, the GFRP specimens showed a normalized punching shear strength of 67% in average of the reference specimens with the same reinforcement ratio. Those results are due to the lower modulus of elasticity of the GFRP bars which is about 25% of the steel. The ACI 440.1R-06 shows a very conservative ratio of the experimental results to the prediction (Vc,exp /Nc,pred ) of 2.11 which lead to a none optimum and economical design of two-way slabs reinforced with FRP bars. However, the proposed equation in the next CSA-S806 standard shows good agreement with the experimental results with a ratio Vc,exp /N c,pred of 1.04 and a COV of 13%. Furthermore, the coefficient of determination, R2, of this equation is 0.95. The experimental results presented in this document have been used in the reconstruction of a parking garage in Quebec City. The Hôtel de ville parking garage is the first field application worldwide to use GFRP bars in a two-way slabs.

Abstract: Sodium bicarbonate is one of the major chemical compound used worldwide. We have studied the mechanisms presiding the crystallization of this product in order to identify the kinetic parameters. To be assured of the relevancy of our experimental results, we developed new and accurate measurement techniques to follow the supersaturation and to characterize the crystal morphologies of NaHCO3 like density measurement and images analysis. The systematic study of the mechanisms and the kinetic parameters of the crystallization of NaHCO3 has been conducted by the use of three different types of crystallizers conceived and built at the Department of Industrial Chemistry of ULB : a fluidized bed crystallizer, a classic MSMPR crystallizer and a bubble column. By this choice, we were able to thoroughly investigate the intrinsic phenomena occurring in the crystallization of NaHCO3 from the ideal condition to the conditions close to the industry. A NaHCO3 solution is typically a three components equilibrium, NaHCO3, Na2CO3 and CO2, depending on temperature. Our developed method of density measurement allows to measure continuously the supersaturation, during the crystallization. This method permits to neglect complex side effects due to Na2CO3 or dissolved mineral impurities. Density measurements are quick, sensitive and reliable. We have shown that the growth of sodium bicarbonate is widely controlled by a reaction step at 45°C (< 200 µm). A diffusion step controlled growth occurs however for large crystals (>300-425µm) which consume much less material than the small ones. We have shown that the secondary nucleation of NaHCO3 is principally dominated by the surface nucleation. The shape of the crystals obtained experimentally is in agreement with the theory, and strongly related to the size of the crystals and to the presence of impurities. Based on experience of NaHCO3 crystallization without introduction of impurity, we have demonstrated that Ca2+ and Mg2+ suppress crystallization kinetics. In the end, we have taken a brief look at the precipitation of NaHCO3 by gaz-liquid reaction in a bubble column. By a comparative and a fundamental approach, our experimental studies lead us to improve our understanding and the operational parameters of the NaHCO3 industrial refining process. Key words: Industrial crystallization, Sodium bicarbonate, Density measurement, Fluidized bed, MSMPR, Bubble column, Crystal growth, Nucleation Résumé: Le bicarbonate de sodium (NaHCO3) est un produit chimique important sur le marché mondial. Nous avons étudier les mécanismes de la cristallisation de ce produit afin d'en déterminer les paramètres cinétiques. Afin de garantir l'analyse la plus objective de ces phénomènes, nous avons développé des techniques de mesures originales pour la connaissance de la sursaturation et pour la caractérisation des cristaux de NaHCO3 par densimétrie et par analyse d’images. L'étude systématique des cinétiques et des mécanismes de cristallisation du NaHCO3 a été réalisée au moyen de trois cristallisoirs de conception différente, développés et construits au laboratoire du Service de Chimie Industrielle de l'ULB: un cristallisoir à lit fluidisé, un cristallisoir à cuve agitée MSMPR et une colonne à bulles. Ce choix nous a permis d'approfondir notre connaissance des phénomènes intrinsèques de la cristallisation du NaHCO3 dans des conditions idéales et des conditions proches des procédés industriels. Une solution de NaHCO3 est un système à l’équilibre à trois composantes, NaHCO3, Na2CO3 et CO2 fonction de la température. La mise au point de la méthode densimétrique a permis la mesure de la sursaturation en NaHCO3 en continu. Cette méthode permet de s’affranchir des complications introduites par la présence de Na2CO3 et des impuretés inorganiques en solution. Les mesures de masse volumique sont rapides, précises et sensibles. Nous avons démontré que la croissance du bicarbonate de sodium est largement dominé par l'étape de réaction à 45°C (< 200 µm). L'étape de diffusion intervient cependant dans la croissance de grands cristaux (>300-425µm) qui ne sont toutefois pas les plus grands consommateurs de matière. Nous avons mis en évidence que le mécanisme de la germination secondaire du NaHCO3 est principalement une germination secondaire vraie. La forme des cristaux obtenus est parfaitement en accord avec la théorie et dépend étroitement de la taille des cristaux mais également de la présence d'impuretés. En se basant sur les expériences de cristallisation du NaHCO3 sans introduction d’impuretés, nous avons démontré les effets de ralentissement des cinétiques de cristallisation d'ions tels que Ca2+ et Mg2+ . Nous avons enfin brièvement abordé la précipitation du NaHCO3 par réaction gaz-liquide dans une colonne à bulles. Cette approche expérimentale, comparative et fondamentale a permis d'affiner notre compréhension et d’optimiser un procédé industriel de raffinage du bicarbonate de sodium. Mots clés: Cristallisation industrielle, Bicarbonate de sodium, Densimétrie, Lit fluidisé, MSMPR, Colonne à bulles, Croissance des cristaux, Germination

La thèse porte sur l'étude et la modélisation d'une colonne pulsée utilisée dans les opérations d'extraction liquide-liquide dans l'industrie nucléaire, et qui est par ailleurs également utilisée pour des opérations de précipitation oxalique en continu. La modélisation du comportement de la phase dispersée dans la colonne est entreprise dans ce manuscrit. Tout d'abord, nous avons commencé par la modélisation du champ moyen et de la turbulence de la phase continue qui est responsable du transport et de la rupture et coalescence de la phase dispersée. Le modèle développé, validé sur des mesures PIV, prédit d'une manière très satisfaisante la turbulence. Une modélisation des temps de séjour (DTS) des gouttes par une approche lagrangienne est ensuite entreprise. Cette modélisation est validée sur des mesures de DTS prises par une technique d'ombroscopie. Les résultats de modélisation sont en très bon accord avec les mesures expérimentales. Pour modéliser les distributions de tailles des gouttes (DTG) dans la colonne, nous avons utilisé les équations de bilan de population (PBE) que nous avons couplées avec le modèle de mécanique des fluides numérique (CFD). Un réacteur parfaitement agité (RPA) équipé d'une sonde optique est utilisé, dans un premier temps, pour acquérir les DTG relatives à notre système liquide-liquide. Par le biais d'une modélisation 0D dans le RPA basée sur la résolution du problème inverse, nous avons pu déterminer les noyaux de rupture et de coalescence adaptés à notre système pour les utiliser dans la PBE. Les noyaux de rupture et de coalescence ainsi identifiés ont ensuite été utilisés pour modéliser les DTG dans la colonne pulsée par un modèle couplé CFD-PBE basé sur la méthode QMOM. Enfin, une validation du modèle couplé CFD-PBE est réalisée sur des mesures de DTG dans la colonne pulsée. Les résultats obtenus reproduisent parfaitement les mesures expérimentales aussi bien d'un point de vue qualitatif que quantitatif. Le modèle validé est ensuite utilisé dans le cadre d'une étude paramétrique qui a permis de donner accès à un certain nombre d'informations utiles sur le fonctionnement du procédé / This study was dedicated to the modeling of the dispersed behavior in a pulsed column used both in liquid-liquid extraction and continuous oxalic precipitation in the nuclear industry. We have started by modeling the mean flow and turbulence of the continuous phase, which is responsible of the transport, breakup and coalescence of the droplets. The turbulence was accurately predicted by the model that we have validated on PIV type measurements. Then, we have moved to the modeling on the residence time distributing (RTD) of the dispersed phase via a lagrangian approach. The calculated RTDs were also validated using an ombroscopic technique allowing for the measurement of the RTD of the droplets in the pulsed column. The droplets size distribution (DSD) of the droplets were obtained by the mains of population balance equation modeling (PBE) coupled together with the CFD validated model. In order to choose the breakup and coalescence models relevant to our system, we have first used a stirred vessel in which we performed measurements of the DSD using a probe. These measured DSD were used to choose the breakup and coalescence models by resolving the 0d inverse problem. These models were then set in the CFD-PBE coupled model, which was resolved with the QMOM method, to simulate the DSD in the pulsed column. A validation of the CFD-PBE coupled model was also performed via DSD measurements inside the pulsed column. The simulations were found to accurately represent the experiments qualitatively and event quantitatively. Once the model was validated, it has been used to perform a parametric study that allowed us to gain understanding in the behavior of the dispersed phase in the pulsed column

This D.Sc. thesis proposes new perspectives for modeling drill string torsional dynamics under uncertainties. This work develops a novel stochastic hysteretic (nonreversible) bit-rock interaction model. Firstly, a new nominal interaction model, which depends not only on the bit speed, but also on the bit acceleration is developed. Then, a new stochastic model for the bit-rock interaction, taking into account the inherent fluctuations during the drilling, is also proposed. Furthermore, here a new test-rig is proposed to analyze drill string dynamics and bit-rock interaction, which is able to reproduce stick-slip phenomena while drilling a rock sample using standard masonry bits, as well as to validate bit-rock interaction models. An original strategy for modeling uncertainties globally, based on terms of the nonparametric probabilistic approach, considering a simple torsional model for a drill string, is also proposed herein. This strategy allows to control the dispersion level of each interior and interface DOFs of each drill string substructure independently, which can provide more information to improve the operational safety. / This D.Sc. thesis proposes new perspectives for modeling drill string torsional dynamics under uncertainties. This work develops a novel stochastic hysteretic (nonreversible) bit-rock interaction model. Firstly, a new nominal interaction model, which depends not only on the bit speed, but also on the bit acceleration is developed. Then, a new stochastic model for the bit-rock interaction, taking into account the inherent fluctuations during the drilling, is also proposed. Furthermore, here a new test-rig is proposed to analyze drill string dynamics and bit-rock interaction, which is able to reproduce stick-slip phenomena while drilling a rock sample using standard masonry bits, as well as to validate bit-rock interaction models. An original strategy for modeling uncertainties globally, based on terms of the nonparametric probabilistic approach, considering a simple torsional model for a drill string, is also proposed herein. This strategy allows to control the dispersion level of each interior and interface DOFs of each drill string substructure independently, which can provide more information to improve the operational safety

Ce travail s’inscrit dans la convention CIFRE n°2012/0379 avec la startup Adionics pour le développement d’un procédé de dessalement par extraction liquide-liquide. La régénération de la phase organique est réalisée par désextraction du sel à chaud. Les isothermes de partage du NaCl, Na2SO4 et MgCl2 à 20 40 60 et 80°C ont été obtenues. Une stœchiométrie expliquant leur forme a été proposée et les constantes d’équilibre associées ont été déterminées. Les enthalpies d’extraction ont été déduites des variations des constantes d’équilibre avec la température.La prise en compte de l’effet de milieu en phase aqueuse a été réalisée à l’aide du modèle de Pitzer avec l’hypothèse des interactions spécifiques. Une correction pour les effets de milieu en phase organique a également été ajustée sur NaCl -Na2SO4 à 20 40 et 60°C.Les propriétés physico-chimiques du solvant (viscosité, masse volumique, chaleur spécifique, conductivité thermique, ...) ont été déterminées sur une plage de 20°C à 80°C. La tension interfaciale du solvant a également été obtenue à 20°C, avec de l'eau eau pure et salée. Une étude approchée de la solubilité du diluant en phase aqueuse a également été entreprise.Un prototype avec deux colonnes à garnissage de 4 mètres de haut a été élaboré pour tester la faisabilité du procédé en continu. L’extracteur a été modélisé par une cascade d’étages parfaitement agités avec prise en compte du mélange en retour. Les HUT (Hauteur d'une Unité de Transfert) expérimentales ont été comparées à celles calculées à l'aide de différentes corrélations des coefficients de transfert disponibles dans la littérature. Une adéquation satisfaisante a été obtenue entre modèle et expérience. Une réflexion sur le type d'extracteur doit être entreprise pour une amélioration de la performance de dessalement. / This work is a contribution to the development of an innovative desalination process by solvent extraction. The regeneration of the organic phase is achieved by desextraction of the salt at high temperature. Isotherms of distribution of NaCl, Na2SO4 and MgCl2 at 20 40 60 and 80°C were obtained. A stoichiometry able to account for their shapes was suggested and the associated equilibrium constants were determined. The extraction enthalpies were deduced from the variation of the constants with temperature.Non ideality in the aqueous phase was modeled with the Pitzer equations, simplified with the specific interaction principle. A thermodynamic correction to account for mixed salts effect in the organic phase was adjusted on binary data (NaCl, Na2SO4) at 20 40 and 60°C.Mechanical (viscosity, density) and thermal (specific heat, thermal conductivity) properties of the organic phase were characterised from 20 to 80°C. The interfacial tension was obtained at 20°C with pure water and filtrated natural seawater. The overall solubility of the solvant in water was measured. A prototype of the process with two extraction columns with a packed bed of 4 meters was tested. The HTU obtained were compared with a numerical model based on the classical stagewise backflow model expanded by a thermal balance.

Le nitrite est un intermédiaire de nombreuses voies du cycle de l’azote, mais est toxique pour la plupart des formes de vies aquatiques. Sa toxicité agit au niveau cellulaire pour les microorganismes, et au niveau de la respiration pour les organismes plus complexes. Il est généralement supposé que ce composé est éliminé rapidement dans l’environnement, et que les microorganismes responsables de son élimination sont efficaces. Cependant les concentrations de nitrite dépassent la norme européenne (1 µM) dans la Seine entre Paris et l’estuaire. Le nitrite est apporté dans la Seine en aval de Paris par les stations d’épuration (STEP), malgré l’ajout de traitements d’élimination de l’azote (nitrification et dénitrification). En plus de leur contenu chimique et organique, les eaux de sorties de STEP contiennent des microorganismes qui peuvent coloniser l’environnement en aval. Dans la colonne d’eau, les mesures de cinétique de nitrification ont montré que les oxydant du nitrite avaient une activité potentielle plus élevée que les oxydant de l’ammonium. De plus, la quantification des microorganismes nitrifiants par qPCR a montré que les oxydants du nitrite (Nitrobacter dans la Seine et Nitrospira dans les rejets de STEP) étaient plus abondants que les oxydants de l’ammonium. Malgré cela, les taux in situ d’oxydation du nitrite étaient similaires aux taux in situ d’oxydation de l’ammonium dans la Seine, bien qu’ils augmentent e tous deux en aval de la STEP. Cet équilibre entre production du nitrite (oxydation de l’ammonium) et élimination du nitrite (oxydation du nitrite) résulte en une très lente élimination du nitrite dans la colonne d’eau. Les hypothèses pouvant expliquer la faible efficacité de l’oxydation du nitrite seraient une inhibition des microorganismes oxydants le nitrite par des polluants présents en Seine, ou le basculement de leur métabolisme vers un comportement mixotrophe de ces oxydants du nitrite. En plus de l’impact significatif sur la concentration du nitrite dans la colonne d’eau, il a été observé un fort impact des STEP sur la composition et la distribution des microorganismes présents dans le sédiment. Les communautés microbiennes du sédiment étaient fortement modifiées par les rejets de STEP, et étaient fortement colonisés par les bactéries du genre Nitrospira. L’étude du sédiment a montré que ce compartiment de la Seine était une source de nitrite pour la colonne d’eau, bien que les taux étaient très faibles par rapport aux concentrations dans la Seine. Le nitrite était produit en conditions anoxiques en amont de la STEP (3-4 cm), mais en surface en aval de la STEP (0-1 cm). En conséquence, le sédiment parait plus sensible à l’influence de la STEP que la colonne d’eau. Dans son ensemble, le cycle de l’azote semble avoir un impact limité sur la dynamique du nitrite dans la Seine, dans la mesure où ses différentes étapes sont équilibrées. Il pourrait donc être supposé que la pollution en nitrite de la Seine est suffisamment peut importante pour ne pas déstabiliser le cycle de l’azote dans la Seine d’une façon mesurable. / Nitrite is an intermediate in many microbial pathways of the nitrogen cycle, but is also toxic for most form of aquatic life. It is toxic at a cellular level for microorganisms, and for the respiration of complex organisms. In general the elimination of this compound is assumed to be fast in the environment, and the microorganisms responsible efficient. In the Seine River however, nitrite concentrations exceed the European norm of 1 µM between Paris and the estuary. The nitrite is released in the Seine River downstream of Paris by the waste water treatment plants (WWTP) despite the addition of nitrogen removal treatments (nitrification and denitrification). In addition to its content chemical compounds and organic matter, the WWTP outlets also contain microorganisms which can colonize the environment downstream. In the water column, measurements of nitrification kinetics showed that nitrite oxidizers had a higher potential activity than ammonia oxidizers. Quantification of nitrifiers by qPCR showed that nitrite oxidizers, Nitrobacter in the environment and Nitrospira in the WWTP outlets were more abundant than ammonia oxidizers. Despite these facts, in situ nitrite oxidation rates were similar to ammonia oxidation rates in the Seine River, even if both were higher downstream of the WWTP. This balance between nitrite production (ammonia oxidation) and elimination (nitrite oxidation) results in a very slow elimination of nitrite in the water column. This led to hypothesize that low nitrite oxidizing’s efficiency was caused by either inhibition by pollutants in the Seine River, or use a mixotrophic metabolism by nitrite oxidizers. In addition to the significant impact on nitrite concentration in the water column, the WWTP were shown to have a significant impact on the composition and distribution of the microorganisms present in the sediment. The microbial communities of the sediment were shown to be highly modified by the WWTP outlets, and were heavily colonized by the Nitrospira genera. The study of the sediment showed that this compartment of the Seine River was a source of nitrite for the water column, even though the rates of production were not significant in relation to the concentrations of nitrite. The nitrite was produced in the anoxic zone upstream of the WWTP (3-4 cm) when it was produced near the surface downstream of the WWTP (0-1 cm). As a consequence, the sediment appears to be more sensitive to the impact of the WWTP than the water column. As a whole the nitrogen cycle in the Seine River was observed to have a very limited impact on the nitrite concentration in the Seine River as its different steps are balanced. This could be viewed as the fact that this nitrite pollution is low enough to not unbalance the nitrogen cycle of the Seine River in a measurable way.

L'industrie biopharmaceutique voit la plupart des thérapies basées sur les anticorps monoclonaux passer du statut de blockbuster à un marché de niche et personnalisé, dans un monde globalisé. Pour poursuivre le développement de nouveaux médicaments, les installations de production existantes et futures doivent accroître leur flexibilité et leur productivité. La chromatographie multi-colonne est l'un des outils potentiels pour y parvenir, comme elle l’a été au cours des dernières décennies pour la pétrochimie et l'industrie alimentaire. En parallèle, l'étape de capture protéine A reste incontournable pour toutes les lignes industrielles de purification grâce à sa spécificité et sa capacité à atteindre facilement un haut niveau de pureté en une seule étape. Ce travail de recherche est une évaluation des procédés de chromatographie multi-colonnes combinés à l'étape de capture protéine A pour augmenter la productivité et l'applicabilité des plateformes de purification actuelles aux activités de production clinique et commerciale. Dans chaque partie du travail, la technologie des colonnes de chromatographie pré-packées a été évalué en tant que facilitateur de procédé multi-colonnes, libérant les équipes opérationnelles des activités de package et des infrastructures associées. Un premier chapitre décrit la traditionnelle revue de la littérature et l'état actuel des connaissances dans le domaine concerné, ainsi qu'une description théorique de la chromatographie en général, et des processus multi-colonnes en particulier. Dans un deuxième chapitre, plusieurs résines protéine A récentes, disponibles sur le marché, ont été comparées dans le cadre de deux procédés multi-colonnes –la chromatographie séquentielle sur plusieurs colonnes (SMCC) et le procédé par Batch Parallèle– et comparées à un procédé traditionnel mono-colonne. Sur la base d'un logiciel de simulation et d'optimisation, les deux processus proposés ont été comparés en termes de gains et de performances. Des recommandations sur la résine et le type de procédé à choisir ont été proposées. Dans un troisième chapitre, l'impact des procédés multi-colonnes sur la qualité et la pureté résultante a été abordé par plusieurs séries d'expériences. L'impact de l'organisation séquentielle d'un processus SMCC a été évalué. L'impact du temps de séjour sur les étapes de lavage et d'élution a également été évalué, afin d'accélérer potentiellement l'étape de capture. Troisièmement, l'impact de la saturation de la résine sur la conception de l'étape de lavage a été évalué. Finalement, des études de cycling ont été réalisées pour détecter si les différents processus multi-colonnes avaient un impact différent sur la durée de vie et les performances de la résine. Dans un quatrième chapitre, un outil de calcul simplifié a été conçu pour proposer un dimensionnement simple des procédés multi-colonnes, tenant mieux compte des contraintes de production de Merck. Cet outil a été utilisé pour évaluer la performance des procédés Batch Parallèle pour deux études de cas. Enfin, dans un chapitre plus exploratoire, l'outil simplifié développé précédemment a été adapté pour évaluer la faisabilité et les contraintes principales des étapes de capture en continu, caractérisées soit par une étape de chargement continu, soit par une étape d'élution continue / The biopharma industry sees most of the therapeutics based on monoclonal antibodies shifting from the blockbuster status to a niche and personalized market, in a globalized world. To continue the development of new drugs, existing and future production facilities have to increase in flexibility and productivity. Multi-column chromatography is one of the potential tools to make that happen, as the technology did in the last decades for the petro and for the food industries. In parallel, the protein A capture step remains a must for all purification trains of the industrial manufacturing capacities due to its specificity and capability to easily reach a high level of purity in a single step. This research work is an evaluation of the multi-column chromatography processes combined with the protein A capture step to increase the productivity and the applicability of current purification platforms for clinical and commercial manufacturing activities. In every part of the work, prepacked chromatography columns have been evaluated as an enabler of multi-column processes, freeing the operational teams from the packing activities burden and associated infrastructures. A first chapter describes the traditional literature review and current state-of-the-art in the relevant field, together with a theoretical description of chromatography in general, and multi-column processes in particular. In a second chapter, several recent, commercially-available protein A resins have been compared when involved in 2 multi-column processes: the Sequential Multi-Column Chromatography (SMCC) process and the Parallel Batch process, and compared to a traditional mono-column process. Based on a simulation and optimization software, both processes proposed have been compared in terms of gains and performance. Recommendations on the resin and the type of process to be selected have been proposed. In a third chapter, the impact of multi-column processes on the resulting quality and purity has been addressed through several sets of experiments. The impact of the sequential organization of an SMCC process has been evaluated. The impact of the residence time on the washing and the elution steps has also been evaluated, in order to potentially speed-up the capture step. Third, the impact of the resin saturation on the design of the washing step has been assessed. Eventually, cycling studies have been performed to detect if the different multi-column processes were impacting differently the resin’s lifetime and performance. In a fourth chapter, a simplified calculation tool has been designed to propose simple sizing of multi-column processes, accounting more accurately for Merck’s production constraints. This tool has been used to evaluate the performance of Parallel Batch processes for 2 case-studies. Eventually, in a more exploratory chapter, the simplified tool previously developed has been adapted to evaluate the feasibility and the primary constraints of continuous capture steps, characterized by either a continuous loading step or a continuous elution step

L'entretien des voies navigables nécessite le curage régulier des cours d'eau. Dans les environnements industriels et miniers, les sédiments peuvent être contaminés par divers polluants. Dans le cas où ces derniers s'avèrent être mobiles, l'entreposage des sédiments de curage peut présenter un risque pour l'environnement. Cette étude a porté sur la caractérisation de la mobilité des métaux et des métalloïdes dans les sédiments mis en dépôt. Dans un premier temps, elle a été menée à l'échelle du laboratoire où des essais de lixiviation, en batch et en colonne, ont mis en évidence que le zinc et le cadmium sont mobilisables. L'interprétation des données a permis de déterminer les principales phases et les mécanismes (dissolution cinétique, échange ionique) susceptibles de contrôler la solution. Ces hypothèses ont permis d'élaborer un système simplifié du sédiment étudié qui, intégré aux codes géochimiques CHESS et HYTEC, a permis de reproduire l'ensemble des essais expérimentaux. La modélisation a souligné le rôle majeur du calcium en solution, sur la mobilité des métaux disponibles sous forme échangeable (Zn, Cd et Mn). La mobilité des contaminants inorganiques a également été appréhendée à l'échelle du terrain. Le site étudié contient des sédiments, fortement contaminés, mis en dépôt il y a 30 ans. Cette étape a consisté à caractériser les interactions eau/sédiment au sein du matériel entreposé, notamment par des calculs de spéciation. Puis la dissémination des métaux (Pb, Zn et Cd) vers les couches et l'aquifère sous-jacents au dépôt a été évaluée. Pour cela, des essais de sorption ont été réalisés et un suivi de la qualité des eaux de la nappe de la Craie a été mis en place autour et sous le site. Cette phase a été complétée par une phase de modélisation hydrogéochimique: en prenant en compte les écoulements en zone saturée et non saturée et les mécanismes géochimiques tels la précipitation et l'échange ionique, il a été possible d'évaluer que les temps de transfert des métaux, entre le dépôt contaminé et l'aquifère de la Craie, sont très lents. Ceci s'explique, notamment, par un pouvoir de rétention important des couches sous-jacentes au dépôt. Cette étude a montré qu'après leur mise en dépôt, les sédiments sont susceptibles de libérer les métaux qu'ils contiennent. Ces métaux, sont rapidement immobilisés sous forme secondaires telles les sulfates, les carbonates, les oxydes mais également sous forme échangeable. Ce mécanisme de rétention est réversible, l'immobilisation des métaux n'est donc pas définitive, mais il contribue cependant à retarder la dissémination des métaux dans l'environnement. Ainsi, à l'heure actuelle, aucune pollution de la nappe phréatique n'a été observée suite à la mise en dépôt de ces sédiments, même fortement contaminés.