Le but de ce mémoire est d'optimiser les résultats du mémoire de M. Daniel Robert et d'établir les paramètres selon lesquels une séparation colloïdale aidée d'un surfactant pouvait être réalisée sur un type de sédiments très fins et contaminés. Également, il est important de mesurer les composantes d'un système et d'évaluer la qualité du fractionnement selon les changements apportés aux paramètres du système brut initial. Ce fractionnement est évalué par la diffraction-x et le microscope électronique à balayage (MEB). En référence avec la valeur du Zèta de l'échantillon brut, il est possible d'orienter notre choix de surfactant. Toutefois, des essais de viscosité permettent de confirmer un choix de surfactant efficace. Ces essais en laboratoire ont permis de sélectionner le Saratan, un surfactant anionique, parmi tous les surfactants évalués. Celui-ci est utilisé à faible concentration et à faible dose pour engendrer une séparation partielle de l'échantillon. Toutefois, afin d'obtenir une séparation colloïdale optimale, il est possible de prouver qu'il est essentiel d'avoir une dispersion efficace des grains. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Séparation colloïdale, métaux lourds, contamination

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texas-crude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1-méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texascrude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs iii (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1- méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

L’exploitation minière d’un gisement contenant des minerais sulfurés peut mener à la production d’effluents acides. En effet, les stériles sulfures exposés aux éléments atmosphériques (air, eau) s’oxydent pour produire de l’acide sulfurique. Ce phénomène se nomme drainage minier acide (DMA). Outre le pH acide, ces effluents sont caractérisés par de fortes teneurs en métaux lourds et peuvent parcourir de grandes distances par la nappe phréatique. Le présent projet de recherche étudie l’utilisation d’une barrière perméable réactive (BPR) pour le traitement du DMA. Cette technique consiste à remplacer une partie du sol ceinturant le site problématique par un matériel ayant des propriétés détoxifiantes. Le matériel réactif évalué est un dérivé de boues rouges d’aluminerie, le BauxsolTM, développé par la compagnie Virotec International inc. La simulation des BPR est réalisée en utilisant cinq colonnes de Plexiglas contenant les mélanges réactifs à tester. L’effluent acide est pompé, selon différents débits, par le bas de la colonne et dix ports d’échantillonnages permettent d’étudier l’évolution des réactions. Les résultats démontrent que cette technique est efficace pour augmenter le pH et enlever les métaux de l’effluent. Ces derniers sont majoritairement adsorbés par les boulettes de BauxsolTM. En plus d’être intéressante économiquement, cette méthode s’inscrit dans un contexte de développement durable en revalorisant un déchet industriel. / Mining of sulphide ores can lead to the formation of acidic effluents. With the contact of air and water, the sulfide phase can be oxidized to produce sulfuric acid. This process is called acid mine drainage (AMD). These effluents are characterized by high concentrations of sulphate and metals, and a pH under 4. This project studies the use of permeable reactive barriers (PRB) to treat AMD. In a PRB, a reactive material is placed in the ground subsurface by excavating the aquifer material. The reactive material studied in these experiments was a pelletized form of alkaline residues from the aluminium extractive industry. The pellets, called BauxsolTM, were provided by Virotec International Inc. Results show that a PRB using BauxsolTM can treat acid mine effluents by removing heavy metals and increasing the pH. Metals are mainly trapped inside the pellets and the carbonates, that give the alkaline properties to BauxsolTM, are in a form that is slowly leachate. Therefore, a PRB using BauxsolTM present a feasible option using an industrial waste to treat another waste.

Nous étudions la stabilisation de mousses de décontamination nucléaire par des particules minérales hydrophiles et hydrophobes. La particule hydrophobe est une silice colloïdale greffée, et semble permettre de modifier les propriétés viscoélastiques d'une interface modèle eau-air. Les particules hydrophiles sont des agglomérats de silice pyrogénée, qui confèrent aux solutions moussantes un comportement rhéologique thixotrope et à seuil. Les mousses résultantes conservent jusqu'à 75 % de leur liquide initial sur plusieurs heures. Nous expliquons ce drainage particulier par l'effet de confinement, étudié dans un milieu poreux rigide et dans une mousse aux interfaces mobiles et au diamètre de bulle contrôlé. Un seuil de percolation apparaît dans le milieu poreux, mais disparaît dans la mousse du fait de la déformabilité des interfaces. Le liquide y est retenu dans les agglomérats piégés dans les bords de Plateau et les nœuds. L'ensemble des résultats a fait l'objet d'un dépôt de brevet / This study aims to highlight the stabilization of nuclear decontamination foam by hydrophilic and hydrophobic mineral particles. Hydrophobic particles consist of homogeneously-grafted colloidal silica, and we have examined their ability to make an ideal gas-liquid interface viscoelastic. Hydrophilic particles are micrometric agglomerates of fumed silica, which turn foaming solutions into thixotropic yield-stress materials. The resulting foams can retain up to 75 % of their initial liquid during several hours. These remarkable drainage kinetics are explained with regards to the confining of agglomerates, studied both in a specifically-developed rigid porous media and in a foam with mobile interfaces and size-controlled bubbles. A percolation threshold appears in the porous media but can not take place in the foam owing to the interfaces deformability. Liquid is retained in the porous agglomerates trapped within the foam channels. The whole results have been patented

L’utilisation de deux protocoles de décontamination comportant d’une part des antibiotiques topiques, la polymyxine E et la tobramycine en administration nasale, oropharyngée et digestive (protocole polymyxine /tobramycine), à la mupirocine nasale et la toilette cutanée à la chlorhexidine (Hibiscrub®) (protocole mupirocine / chlorhexidine) a réduit de façon significative l’ensemble des IAs chez les patients intubés, alors que chaque protocole utilisé seul s’est révélé inefficace. L’utilisation de la décontamination par le protocole mupirocine / chlorhexidine contribue à contrôler l’épidémiologie du S aureus résistant à la méticilline (SARM) en réanimation en réduisant les IAs dues à ce germe chez les patients intubés et en permettant d’obtenir un taux acceptable de décolonisation chez les patients colonisés. L’augmentation significative des infections à SARM observée sous l’effet de la décontamination par polymyxine / tobramycine seule dans une situation hautement endémique pour le S aureus résistant à la méticilline de la fin des années 90 nécessiterait d’être réévalué dans l’épidémiologie actuelle. Le dépistage systématique, les mesures d’isolement contact, et la décolonisation des porteurs de SARM par le protocole mupirocine / chlorhexidine ne se sont pas avérés utiles sur l’acquisition de SARM en réanimation (colonisation ou infection) par opposition aux mesures générales de prévention horizontale comportant en particulier le renforcement de l’hygiène des mains. Enfin, l’utilisation en routine de la décontamination multiple par polymyxine E, tobramycine plus amphotéricine B en administration oropharyngée et gastrique associée au protocole mupirocine / chlorhexidine chez les patients intubés a été associée à une importante diminution à court terme de l’ensemble des infections acquises, en particulier celles liées aux dispositifs invasifs, mais aussi celles liées à des bacilles à Gram négatif multirésistants, dans une situation de niveau modéré de multirésistance aux antibiotiques. / The combination of two decontamination regimens utilizing (1) selective digestive decontamination (SDD) with topical antimicrobials (polymyxin E and tobramycin [P/T]) administered in the nostrils, the oropharynx and and the digestive tract with (2) nasal mupirocin and chlorhexidine (Hibiscrub®) body wash (mupirocin/chlorhexidine [M/C]) signicantly reduced all-cause acquired infections in intubated patients in the intensive care unit (ICU), whereas each regimen alone was ineffective. The use of the M/C regimen was able to control the meticillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) endemicity in the ICU because it significantly reduced MRSA acquired infections in intubated patients and was associated with an acceptable decolonisation rate in MRSA carriers. The significant increase in MRSA infections associated with the use of P/T during a period highly endemic for MRSA at the end of the 1990s would require further reassessment due the recent change in MRSA epidemiology. Systematic screening, contact precautions and decolonisation of MRSA carriers with M/C did not provide an individual benefit on the acquisition (colonisation or infection) of MRSA in the ICU as compared to general horizontal prevention measures, particularly the promotion of hand hygiene. Finally, the routine use of a combined decontamination using oropharyngeal and digestive polymyxin E, tobramycin and amphotericin B with the M/C regimen in intubated patients was associated with a substantial reduction at one year of all-cause acquired infections, particularly those associated to invasive devices and those involving multi-drug-resistant Gram negative bacilli, in an ICU with low endemicity of antibiotic resistance.

Cette recherche a été réalisée dans le but de développer de nouvelles connaissances théoriques et appliquées pouvant contribuer à la mise au point de nouvelles technologies visant à résoudre le problème croissant de la contamination des sols pollués par les métaux. Cette thèse a porté sur le traitement du sol du site de Pointe-aux-Lièvres (PAL) localisé à Québec, Canada, lequel est pollué par des métaux toxiques, principalement le Pb, en utilisant différents processus de décontamination. Plus spécifiquement, cette recherche a été divisée en trois phases. La première phase consistait à traiter le sol contaminé avec des acides inorganiques, HCl, H₂SO₄ et un mélange H₂SO₄ -NaCl comme agents de lavage de sol pour produire des solutions acides. Les résultats expérimentaux ont montré l'efficacité de l'application de ces réactifs comme agents de nettoyage de sols pour extraire les ions métalliques des sols. Principalement, le lixiviat préparé avec la combinaison H₂SO₄ -NaCl a montré une légère augmentation de solubilisation des ions métalliques pour quelques ions tel que le Cr, Mn, et le Pb, comparé aux autres agents de lavages. Dans la seconde phase, la performance de deux membranes commerciales de nanofiltration (NF), nommé Desal 5 et NF-270, a été étudiée pour connaître leur habilité à récupérer les métaux en utilisant les trois différents lixiviats préparés dans la première phase. Les résultats ont montré que les membranes de nanofiltration ont des comportements différents selon leur nature chimique. La performance des membranes a été évaluée en fonction de leur perméabilité, de leur capacité de rétention d'ions métalliques de la solution d'alimentation et de l'effet des conditions d'opérations différentes, tel que le pH, la pression, le débit de recirculation, et la concentration de la solution sur le perméat. Les résultats ont montré que l'application de membranes NF sur les lixiviats de décontamination de sol est une alternative prometteuse pour la récupération des ions métalliques. Par exemple, il a été observé que, dans l'ensemble, les membranes ont une bonne capacité de rétention des ions multivalents et divalents en comparaison avec les ions monovalents, lesquels sont inoffensifs pour l'environnement. La troisième partie de cette recherche a consisté à étudier une méthode avancée pour traiter la fraction concentrée obtenue par le procédé de NF. Dans ce cas, la performance d'un procédé électrochimique a été évaluée. L'étude en laboratoire a démontré une élimination importante des ions toxiques tels que Cu, Mn et Pb, provenant de lixiviats résultant particulièrement du procédé H₂SO₄-NaCl (≥ 97%). De plus, le coût du traitement électrochimique des lixiviats en terme de consommation d'énergie et de disposition de boues métalliques a été estimé, tout comme la faisabilité de l'application de ce procédé pour enlever les métaux de façon effective et économique. Les résultats obtenus dans cette étude ne donnent pas seulement un procédé pour traiter les sols contaminés, de ce fait, réduisant directement le volume de l'eau contaminée produite, mais offrent également une nouvelle approche pour traiter les résidus de déchets complexes produits pendant différents procédés industriels. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Décontamination de sol, Lavage de sol, Acides inorganiques, Lixiviat acide, Membranes de NF, Caractérisation de membrane, Perméabilité de l'eau, Perméabilité dynamique, Rétention métal-ion, Procédé électrochimique, Enlèvement d'ion métallique.

La pollution engendrée par les pratiques d'élevage constitue une préoccupation majeure dans beaucoup de pays. Il a été notamment démontré que les fèces animales logent des pathogènes potentiellement nocifs, dont le Escherichia coli 0157:H7 et des espèces du genre Salmonella. Ainsi, le recyclage des résidus organiques qui n'ont pas été préalablement soumis à un traitement adéquat pose un risque élevé de contamination de l'environnement, du sol et des eaux souterraines. L'élimination des pathogènes par les techniques de biopasteurisation s'avère un moyen prometteur pour la gestion des résidus animaux et en particulier du fumier solide. Bien que chacune des techniques existantes possèdent des avantages, il y a toutefois toujours place à l'amélioration. Dans cette étude, nous avons présenté un nouveau système de traitement en continu par biopasteurisation appelé SHOCMD (Système d'Hygiénisation en Oxygénation Contrôlée), et son efficacité à éliminer les bactéries pathogènes. Les résultats ont été comparés à ceux d'un système conventionnel, soit la cellule de compostage à aération forcée. Afin de vérifier l'efficacité du SHOCMD , deux pathogènes majeurs, soit E, coli 0157:H7 et Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium, ont été introduits dans le fumier solide de porc. À la fin du traitement, les échantillons ont été analysés en utilisant des techniques microbiologiques et moléculaires. De plus, la diversité bactérienne, un paramètre important pour une gestion efficace de la biopasteurisation, a été déterminée à l'aide de techniques moléculaire. Les résultats ont démontré que le SHOCMD est un système efficace pour l'hygiénisation du fumier solide et que le produit final répond aux normes de sécurité concernant les pathogènes. / Pollution by livestock wastes has become a great concern in many countries. It is well documented that potentially harmful pathogens including Escherichia coli 0157:117 and Salmonella spp. are shed in animal feces. Recycling of these wastes without treatment poses a risk of contamination of the environment, soil and groundwater. Bio-pasteurization is a promising technique for management of solid animal wastes especially manure. However, even if each method has its own advantages there is still room for improvement. In this study, we present a new bio-pasteurization system called SHOCIM (Système d'Hygiénisation en Oxygénation Contrôlée) and the efficiency of the SHOCIM to eliminate pathogens was compared to the Cell, which is one of the conventional Systems. To evaluate the efficiency of SHOC™, two majors pathogens, E. coli 0157:H7 and Salmonella enterica subsp. enterica serovar Typhimurium were introduced in manure. At the end of treatment, the samples were analyzed with both microbiological and molecular techniques. Bacterial diversity which is important in the effective management of biopasteurization process was monitored by molecular techniques as well. Results demonstrated that SHOCIM is an efficient facility for manure treatment and the final product meet the standards for pathogens safety.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.