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Avec l'augmentation de niveau de vie des populations, de plus en plus déchets urbains sont produits chaque jour en grande quantité. Ces déchets non seulement occupent une place importante mais dégradent l'environnement en particulier parce qu'ils contiennent divers polluants, qui peuvent porter atteinte à la santé humaine. Le compostage permet aux déchets urbains d'être recyclés en transformant la matière organique en engrais pour les sols agricoles. Par ailleurs, ce procédé peut aussi être utilisé comme méthode de biorestauration pour les sols pollués. Les modèles mathématiques sont des outils qui permettent de comprendre et éventuellement de modifier le processus de compostage. Ils pourraient également prédire la stabilité des produits issus du compostage et quantifier la nocivité des polluants qu'ils contiennent. L'objectif dans cette étude était de construire un modèle décrivant la dynamique des micropolluants organiques au cours du compostage et paramétrer le modèle sous l'interface de MATLAB. Ce modèle peut être utilisé selon les besoins des usagers avec 3 modules: le module de carbone organique, le module de polluants organiques et le module de couplage. Afin de calibrer et valider notre modèle, un ensemble de données de 12 différents mélanges de déchets et 4 différents types de polluants ont été utilisés. Pour l'application de la technique de compostage dans le domaine de la bioremédiation des sols contaminés, une expérience de compostage en laboratoire a été conçue dans lequel les déchets urbains organiques ont été mélangés avec un sol contaminé par des HAP. Nous avons étudié la dynamique des matières organiques, des micropolluants organiques et des populations microbiennes. Les résultats ont montré que la quantité des HAP dégradée a été de 50-60% lorsque le sol est composté avec des déchets organiques. En outre, des populations microbiennes successives ont été observées pendant le processus de compostage. Ces résultats expérimentaux ont été simulés par notre modèle afin de tester sa capacité dans un système sol-compostage. Cependant, quelques questions de recherches se posent encore: en ce qui concerne la modélisation, la simulation des substrats organiques solubles n'est pas assez bonne, ce qui est probablement dû à des limites sur l'étude des caractéristiques biochimiques des fractions organiques soluble; par ailleurs, seule la fonction température a été considérée comme facteur de l'environnement dans notre modèle, des limitations dues à l'l'humidité ou à l'oxygène, par exemple, doivent être étudiées dans des études ultérieures. L'activité microbienne pendant chaque phase de dégradation des HAPs n'a pas encore été assez clairement établie pour être incorporée dans notre modèle. / With the increasing of people's living standards, more and more urban wastes are produced everyday with a huge quantity. The big amount of wastes have not only occupied precious land resource, influenced the industry seriously and agricultural production, but also introduced various pollutants, which will harm human's life and health. Compost processing can help urban wastes to be recycled by transforming the organic matter into fertilizer and be returned to nature. Also it can be used as a bioremediation method for the polluted soil. The mathematical model is an efficient tool for understanding and modifying the composting process, predicting the stability of compost products, and then assuring the harmfulness of pollutants for agriculture. Our objective in this study was to construct a model describing the dynamics of organic micro-pollutants during the composting and parameterize the model under the interface of MATLAB. This model should be used according to users' needs with 3 modules: organic carbon module, organic pollutants module and coupling module. In order to calibrate and validate our model, the datasets from 12 different waste mixtures and 2 different types of pollutants with different initial conditions were applied. On the other hand, for applying the composting technique in the field of bioremediation of contaminated soil, an in-vessel composting experiment was designed in which the organic urban wastes mixed with soil contaminated by PAHs were used as materials. We studied the dynamics of organic matter, organic micro-pollutants and the microbial populations. The conclusion showed that the concentration of PAHs could be decrease by 50-60% with the effects of organic matters and the accelerated microbial activities compared to bare soil. Furthermore, the successive microbial populations have been observed during the composting process. These experimental results could be well simulated by our model which indicates its capacity in the soil-composting system. However, we still came across some questions during my research. The simulations for soluble organic substrates were not accurate enough, due to the limits of the biochemical characterization of organic fractions. In our model, only the function of temperature has been considered as the environmental factor, more limiting factors such as moisture, oxygen, … need to be investigated in the further studies. The microbial diversity of each decomposition phase has been investigated in the experiment but was not added in the model because its impact on PAHs degradation is not clear enough. In order to answer all these questions, further researches needs to be done, although the study in the field of microbial flora has begun to be carried out.

Dentro de la Química Supramolecular, una parte importante de sistemas están formados mediante la unión de una fase sólida que actúa como anfitrión (host) y unas moléculas huésped (guest) que se alojan en las cavidades del anfitrión. Este tipo de sistemas se denominan compuestos de inclusión. Dentro de las características de este tipo de sistemas puede resaltarse que las interacciones presentes entre el anfitrión y el huésped son débiles (interacciones de Van der Waals, enlaces de hidrógeno o enlaces por transferencia de carga), y que el proceso de inclusión es reversible. En esta tesis se ha desarrollado un estudio de las interacciones débiles en compuestos de inclusión inorgánicos mediante cálculos mecanocuánticos.En primer lugar se ha establecido una metodología para el estudio de las interacciones débiles en estado sólido mediante el empleo de cálculos de bandas. Tradicionalmente, las representaciones utilizadas en estado sólido, como densidades de estados y diagramas de dispersión, no se muestran especialmente útiles para este tipo de estudios, debido a que las modificaciones en la estructura electrónica por la presencia de interacciones débiles en este tipo de representaciones no aparece suficientemente reflejada. Para subsanar este problema se ha propuesto el uso de un nuevo tipo de representación, las curvas COD (Crystal Orbital Displacement), que se definen como la diferencia entre la densidad de estados para una proyección en el sistema completo y la misma proyección en una subred del sistema. Se ha sistematizado los posibles tipos de curvas COD, que pueden resultar de las variaciones en las bandas, de modo que únicamente analizando la forma de las curvas COD se pueden deducir unívocamente las modificaciones producidas en las bandas. Se han utilizado este tipo de curvas para el análisis de los enlaces existentes en sistemas como NaCl, SrSb2, NaP y metal-cerámica (Al2O3-Cr). No se ha limitado el empleo de las curvas COD al estudio del enlace en el estado sólido, analizándose también distorsiones de Peierls (poliacetileno) y efectos de la hibridación (CuP2).En el segundo capítulo se ha estudiado la estructura electrónica de una familia importante de compuestos de inclusión inorgánicos como son los clatratos de Hofmann. Se trata de compuestos en los que tenemos un red de tipo inorgánico (Ni(CN)4 Ni (NH3)2) en cuyas cavidades se sitúan moléculas aromáticas. Se han estudiado mediante cálculos EHTB (extended Hückel tight binding) los clatratos de benceno, pirrol, anilina y etilendiamina con benceno. Los resultados obtenidos indican que el método EHTB proporciona una buena descripción cualitativa del enlace anfitrión-huésped, prediciendo correctamente las orientaciones, variaciones de distancias y frecuencias de vibración experimentales presentes en los clatratos. Las dos interacciones que se revelan como más importantes entre el anfitrión y el huésped, son las existentes entre el sistema "pi" del anillo aromático y la molécula de amoníaco de la red, y entre los grupos CN de la red y el sistema "sigma" del anillo aromático (tratándose en ambos casos de enlaces de hidrógeno, de tipo pi-H-N y CN--H-C respectivamente). El otro tipo de interacción importante presente es la que se produce entre los anillos aromáticos (interacciones huésped-huésped).En el tercer capítulo se ha procedido a un análisis cuantitativo de las interacciones presentes en los clatratos de Hofmann previamente estudiados. Debido a la imposibilidad de obtener resultados cuantitativos con un modelo de cálculo periódico, se ha simplificado el sistema empleando modelos bimoleculares, en los cuales se han realizado cálculos de tipo Hartree-Fock (HF) y Moller-Plesset (MP2). Los valores de las energías de interacción obtenidos indican que las tres interacciones anteriormente indicadas (NH3-C6H6, CN-C6H6 y C6H6-C6H6) son las responsables de la estabilidad de los clatratos. Posteriormente se ha analizado el efecto de los substituyentes del anillo aromático en la estabilidad del clatrato. Los resultados indican que substituyentes dadores que aumentan la densidad electrónica del sistema "pi" estabilizan los clatratos. El estudio del efecto del substituyente en las interacciones entre anillos aromáticos indica que la situación más favorable corresponde a situar un substituyente dador "pi" en un anillo y substituyentes sigma-aceptores en otro anillo situado perpendicularmente.En el cuarto capítulo se ha estudiado otra serie de compuestos de inclusión, como son los clatratos de Cd(CN)2. Dentro de las cavidades de estos compuestos se sitúan moléculas tetraódricas como el neopentano y el tetracloruro de carbono. La resolución de la estructura cristalina de estos clatratos muestra un comportamiento diferenciado en ambos casos; mientras el neopentano presenta una estructura fija, el tetracloruro de carbono muestra desorden dentro de las cavidades. En primer lugar se han efectuado cálculos de tipo EHTB para ambos clatratos, para el estudio cualititativo de las interacciones anfitrión-huésped. Los resultados indican un comportamiento opuesto, mientras en el neopentano la transferencia de densidad electrónica se produce de la red sobre la molécula, en el caso del tetracloruro de carbono es en sentido opuesto. Un análisis cuantitativo de las interacciones mediante cálculos MP2 con modelos bimoleculares indica una mayor interacción del neopentano con la red que en el caso del tetracloruro. Además, los valores de las energías de interacción huésped-huésped son muy similares en ambos casos. Estos resultados concuerdan con el diferente comportamiento experimental antes indicado.El último capítulo se centra en el estudio de otra familia de compuestos inorgánicos de inclusión, como son los compuestos de intercalación tipo CsF-Br2. Una característica que hace interesante su estudio es la formación de un compuesto de intercalación a partir de una estructura tridimensional iónica como es el CsF. El análisis cualitativo de las interacciones muestra dos transferencias de densidad electrónica importantes: una, de los niveles de F' sobre el orbital "sigma" del Br2 y la otra, de los orbitales "pi" del Br2 sobre los orbitales 6s del Cs. El análisis cuantitativo de las interacciones se ha realizado en este caso mediante cálculos MP2 con modelos cluster y con cálculos HF periódicos. Los resultados indican que el modelo de cluster reproduce mejor los valores experimentales de las distancias y frecuencias de vibración, mientras que el modelo periódico describe mejor las variaciones que se producen con la intercalación. Los valores calculados de las energías de interacción del Br2 con la red de CsF indican que estas interacciones son suficientes como para estabilizar el compuesto de intercalación a pesar de la energía necesaria para exfoliar el sólido tridimensional. Posteriormente se ha efectuado un análisis de las energías de interacción para las seis moléculas XY (X,Y: Cl, Br y I), obteniéndose estabilidades crecientes en el orden Cl2<Br2<BrCl<l2<lBr<ICl para los compuestos de inclusión CsF-XY Asimismo, se ha realizado un estudio de la estabilidad de los compuestos de intercalación con diferentes metales alcalinos, encontrándose la situación más favorable en el caso del Cs. / The initial goal of this Thesis was to test the ability of the orbital model to interpret structural trends and binding characteristics in host-guest compounds. The systems initially chosen were the Hofmann clathrates, because of the large amount of experimental data available and the clear orientation preferente of the guest molecules. For the orbital analysis of the host-guest interactions we plamed to use EHTB calculations, but soon we found that such weak interactions involve oniy a few orbitals from tlie large amount of electronic band levels present in the DOS, and we had to develop the simple, systematic approach of the Crystal Orbital Displacement functions (COD), which is presented in the first chapter of the Thesis.With this new tool, the study of the host-guest interactions in the Hofmann clathrates could be carried out and the structural and spectral implications thereupon could be interpreted in terms of vveak hydrogen bonds between the aromatic guest molecules and the host sub-lattice, of the types CH-NH3 and CH'--CN- (Chapter 2).In order to have a semi-quantitative theoretical estimate of the energetics of the host-guest interactions, and to check the results of the extended Hückel calculations, we performed ab initio (MP2) calculations on bimolecular systems torn apart from the lattice of the clathrate (Chapter 3).The next part of the ivork consisted in analyzing the analogous clathrates fonned by the tetrahedral Cd(CN)2 host lattice, which hold guest molecules quite different from those in the Hofmann clathrates: n-pentane and carbon tetrachloride. We also combine in this chapter EHTB studies of the COD maps in the full solid with ab initio calculations on model systems (Chapter 4).The final chapter presents a study of the host-guest interactions in a different family of compounds, i.e., those with the structure of CsF-Br2, which can be considered as formed by intercalation of bromine molecules into a CsF structure. Inthis case, ab initio band calculations were also performed (using the CRYSTAL program).

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.

L'objectif de la thèse est d'étudier l'impact d'apports répétés de composts urbains sur la dynamique de l'eau et de l'azote dans le système sol-plante, en sol cultivé. La dynamique de l'eau a été suivie en sol nu et en sol cultivé avec du maïs à l'aide de sondes TDR et de tensiomètres, entre 20 et 160 cm de profondeur. Un suivi de la dynamique d'un traceur de l'eau (anion bromure) et de l'azote minéral du sol a été réalisé par des prélèvements destructifs. Les données mesurées ont été utilisées pour simuler la dynamique de l'eau et de l'azote dans le sol suite aux apports de composts à l'aide du modèle PASTIS. L'apport de composts a affecté les propriétés hydriques de l'horizon de surface du sol, en augmentant la rétention en eau et en diminuant les flux d'évaporation par rapport au témoin. Cet effet peut être relié à l'augmentation de la teneur en matière organique du sol après 10 ans d'apports des composts. La modélisation de la dynamique de carbone et de l'azote dans le sol a permis de montrer l'importance des arrières effets des apports précédents sur la fourniture en azote minéral du sol et un effet positif de l'apport de PRO sur la disponibilité de l'azote pour la plante. L'apport d'un compost à forte biodégradabilité, comme amendement organique, présente plus d'intérêt durant l'année qui suit son apport, alors que les composts à faible biodégradabilité représentent l'avantage d'avoir une minéralisation plus importante à long terme (après des apports répétés).

Thesis (MSc. Agriculture (Soil Science)) -- University of Limpopo, 2014 / Phospho-composts of different mix ratios (5:5, 7:3, 8:2 and 9:1) were produced through thermophilic co-composting of poultry manure (PM) and sewage sludge (SS) with ground phosphate rock (GPR). Composted PM and SS without GPR addition were included as control. Cured phospho-composts were chemically characterised and used for both laboratory incubation and greenhouse studies, respectively for phosphorus (P) mineralisation and bioavailability, over a period of 42 days. Results revealed that Bray-P1 concentration measured in compost amended soils at 14, 21 and 42 DAI differed significantly (P<0.05) and ranged between 5.47 and 11.14 mg kg-1 and between 5.28 and 11.78 mg kg-1 in poultry manure and sewage sludge-based phospho-composts, respectively. The maximum amount of cumulative P mineralised of 16.06 and 9.98 mg kg -1, respectively in PM and SS-based phospho-composts were obtained from the 8:2 mix ratio. The content of the acid detergent fibre of the different phospho-composts showed positive and significant correlation with cellulose, lignin and total organic carbon (TOC). Similarly, cellulose as well as C:P ratio showed significant correlation with both lignin and TOC. The polynomial relationship between cumulative P mineralised and the various GRP and manure mix ratios revealed significant and positive R2- values of 0.731 and 0.613 for PM and SS-based phospho-composts, respectively. The maximum amount of maize tissue P uptake of 0.12 and 0.11 mg pot-1 in PM and SS-based phospho-compost respectively were also obtained from the 8:2 mix ratio while the least amount of 0.04 mg P pot-1 was obtained from GPR and unamended pots. Maize tissue P uptake following the phospho-compost application was significantly affected by the differences in soil type. Tissue P uptake was 0.06 and 0.11 mg P/pot, respectively in low potential and high potential soils with a significantly higher value. The use of the different phospho-composts showed great potential for amelioration of P-deficiency problems in crops while thermophilic cocomposting improved the solubility and bioavailability of P from non-reactive GPR. Keywords: Ground phosphate rock; poultry manure; sewage sludge; phosphocomposts; phosphorus mineralisation; soil fertility management.

La qualité des composts dépend de leurs teneurs en polluants organiques (OPs). L'objectif était de caractériser l'évolution de la spéciation des OPs au cours du compostage afin d'évaluer leur disponibilité dans les composts finaux. Quatre OPs marqués au 14 C ont été étudiés lors du compostage d'une boue d'épuration mélangée à des déchets verts : un HAP (fluoranthène), deux surfactants (4-n-nonylphénol - NP et un alkylbenzène sulfonate linéaire - LAS) et un herbicide (glyphosate). Un dispositif de compostage comprenant six mini-pilotes et permettant un compostage réaliste et reproductible a été conçu. Les propriétés de sorption et de minéralisation des OPs ont été suivies au cours du compostage. Les molécules simples ont été principalement dégradées lors des phases actives et les molécules complexes lors de la maturation. Les capacités de sorption ont diminué au cours du compostage, sauf pour le glyphosate. L'évolution de la spéciation des OPs a montré que la dissipation du LAS a été largement provoquée par sa minéralisation, celle du fluoranthène par la formation de résidus non-extractibles. La minéralisation et la formation de résidus non-extractibles ont contribué de façon équivalente à la dissipation du NP et du glyphosate. La disponibilité directe des OPs en fin de compostage était faible. Un modèle (COP-Compost) simulant l'évolution de la matière organique et des OPs au cours du compostage a été proposé. Des hypothèses selon lesquelles la biodégradation des OPs et la formation de résidus non-extractibles sont influencées par l'évolution de la taille de la biomasse microbienne, elle-même dépendante de la décomposition de la matière organique, ont pu être validées.

Avec l'augmentation de niveau de vie des populations, de plus en plus déchets urbains sont produits chaque jour en grande quantité. Ces déchets non seulement occupent une place importante mais dégradent l'environnement en particulier parce qu'ils contiennent divers polluants, qui peuvent porter atteinte à la santé humaine. Le compostage permet aux déchets urbains d'être recyclés en transformant la matière organique en engrais pour les sols agricoles. Par ailleurs, ce procédé peut aussi être utilisé comme méthode de biorestauration pour les sols pollués. Les modèles mathématiques sont des outils qui permettent de comprendre et éventuellement de modifier le processus de compostage. Ils pourraient également prédire la stabilité des produits issus du compostage et quantifier la nocivité des polluants qu'ils contiennent. L'objectif dans cette étude était de construire un modèle décrivant la dynamique des micropolluants organiques au cours du compostage et paramétrer le modèle sous l'interface de MATLAB. Ce modèle peut être utilisé selon les besoins des usagers avec 3 modules: le module de carbone organique, le module de polluants organiques et le module de couplage. Afin de calibrer et valider notre modèle, un ensemble de données de 12 différents mélanges de déchets et 4 différents types de polluants ont été utilisés. Pour l'application de la technique de compostage dans le domaine de la bioremédiation des sols contaminés, une expérience de compostage en laboratoire a été conçue dans lequel les déchets urbains organiques ont été mélangés avec un sol contaminé par des HAP. Nous avons étudié la dynamique des matières organiques, des micropolluants organiques et des populations microbiennes. Les résultats ont montré que la quantité des HAP dégradée a été de 50-60% lorsque le sol est composté avec des déchets organiques. En outre, des populations microbiennes successives ont été observées pendant le processus de compostage. Ces résultats expérimentaux ont été simulés par notre modèle afin de tester sa capacité dans un système sol-compostage. Cependant, quelques questions de recherches se posent encore: en ce qui concerne la modélisation, la simulation des substrats organiques solubles n'est pas assez bonne, ce qui est probablement dû à des limites sur l'étude des caractéristiques biochimiques des fractions organiques soluble; par ailleurs, seule la fonction température a été considérée comme facteur de l'environnement dans notre modèle, des limitations dues à l'l'humidité ou à l'oxygène, par exemple, doivent être étudiées dans des études ultérieures. L'activité microbienne pendant chaque phase de dégradation des HAPs n'a pas encore été assez clairement établie pour être incorporée dans notre modèle.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2006. / Härtill 4 uppsatser.