Les rejets urbains par temps de pluie dégradent l’état écologique des écosystèmes aquatiques et peuvent induire une exposition des populations humaines aux contaminants chimiques et microbiens (bactéries, virus, parasites). L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer les effectifs et de prédire le devenir de bactéries pathogènes introduites dans les milieux aquatiques par une source majeure comme les eaux usées rejetées par des dispositifs tels que les déversoirs d’orage (DO) et les lagunes d’épuration (WWTL). La répartition d’un agent pathogène fortement liée aux milieux hydriques, Pseudomonas aeruginosa, a été comparée avec celles observées pour des indicateurs de contaminations fécales (E. coli et les entérocoques intestinaux), mais également avec celle de l’espèce pathogène Aeromonas caviae. La dangerosité des formes retrouvées dans ces milieux a été évaluée par approches moléculaires (PFGE et MLST). Les résultats obtenus montrent un fort apport en P. aeruginosa via les eaux usées, avec un effet significatif sur les effectifs observés en fonction de l’intensité des pluies et des périodes de temps sec, et les fluctuations du régime hydrologique et des paramètres physico-chimiques. Une grande diversité infra-spécifique des P. aeruginosa, et la capacité de certains génotypes à s’installer durablement dans ces milieux (macrophytes et périphyton) ont été observées. Certaines souches ont par ailleurs montré une parenté avec des lignées d’infections communautaires, ou encore des clones épidémiques majeurs (PA14 et C). Des études en microcosme ont été effectuées pour valider les interactions observées avec certains macrophytes, et identifier des propriétés d’adhérence bactérienne (dont les lectines) impliquées dans ces interactions. Ces travaux ont impliqué une analyse de la distribution des gènes lecA et lecB, codant des lectines chez P. aeruginosa, et une étude de leurs ligands. Le gène lecA a été localisé dans une zone de forte plasticité génomique. Ces travaux ont permis la description d’une nouvelle structure de l’adhésine LecB / Urban wet-weather discharges degrade the ecological status of aquatic ecosystems and may expose human populations to chemical and microbial contaminants (bacteria, viruses, parasites). The aim of this thesis was to evaluate the numbers and predict the fate of pathogenic bacteria introduced into aquatic ecosystems by a major source like wastewater from devices such as combined sewer overflows (CSO) and wastewater treatment lagoons (WWTL). The distribution of a human pathogen closely linked to hydric environments, Pseudomonas aeruginosa, was compared with those observed for fecal indicators (E. coli and intestinal enterococci), but also with that of Aeromonas caviae pathogenic species. Dangerousness of strains found in these environments was evaluated by molecular approaches (PFGE and MLST). Obtained results showed a high contribution of wastewater in P. aeruginosa release, with a significant effect of rainfall intensity and preceding dry periods, in addition to changes in hydrological regime and physico-chemical parameters on recorded data. A large infra-specific diversity was observed within P. aeruginosa and the ability of some genotypes to colonize permanently aquatic surfaces (macrophytes and periphyton) were observed. Some strains showed a kinship with lineages of community infections or major epidemic clones (PA14 and C). Microcosm studies were performed to validate observed interactions with macrophytes, and to identify bacterialadhesion properties (including lectins) involved in these interactions. These investigations involved analysis of the distribution of lectin encoding loci lecA and lecB within P. aeruginosa, and a study of their ligands. lecA was located in a highly unstable genomic region. This work allowed the description of a new structure of the adhesin LecB

Les boues de stations d’épurations sont un combustible difficile à valoriser par voie thermochimique à cause des fortes teneurs en eau, en azote et en fraction minérale. La co-gazéification avec d’autres gisements pourrait apporter une solution à ces contraintes. Afin d’étudier la faisabilité de ce procédé, un pilote industriel de de co-gazéification en lit fluidisé bouillonnant est conçu.Six co-combustibles potentiels ont été présélectionnés, à partir d’un large panel de gisements issus de la région PACA. La démarche expérimentale de ce travail concerne trois volets principaux qui consistent à :I. Etudier la faisabilité technique de co-gazéification à l’échelle laboratoire en vue de déterminer quel co-combustible est apte à compenser les faiblesses que présentent les boues.II. Contribuer à la définition des conditions opératoires de co-gazéification en lit fluidisé bouillonnant.III. Etudier le comportement en fluidisation des gisements sélectionné dans une maquette à température ambiante en mélange avec du sable.Les résultats indiquent que les tous les gisements retenus sont apte à être valorisés par co-gazéification. L’aptitude à la fluidisation des combustibles seuls est médiocre, l’utilisation de sable permet de l’améliorer. Un critère prédictif de la capacité maximale des lits fluidisés à contenir des déchets a été développé, une corrélation prédictive de la vitesse minimale de fluidisation de mélanges dissimilaires est également proposée. La teneur en combustible ne doit pas excéder les 10% en masse pour garantir une fluidisation correcte. Une vitesse de trois fois la vitesse minimale de fluidisation de l’inerte est la limite basse qui garantit un bon mélange. / The wastewater sludge composition (moisture, nitrogen and mineral matter content) leads to difficulties in disposal by thermochemical way. Co-gasification with other feedstock can improve the quality of the raw fuel gasification. In order to study the technical feasibility of wastewater sludge with other feedstock co-gasification, an industrial pilot scale bubbling fluidised bed co-gasifier is designed.Six potential co-feedstocks were preselected on technical and economic criteria, from a wide range of fields from the PACA region. The experimental approach of this work involves three main steps which are:I. The technical feasibility of co-gasification at laboratory scale, in order to identify which feedstock is able to compensate the sludge weaknesses.II. Identification of co-gasification conditions in fluidised bedIII. Cold fluidization ability study of the different feedstock blended with sand.The results indicate that all feedstock are recoverable through gasification. The fluidization ability of the fuel alone was poor, the blinding with sand improve it. A prediction criteria for the maximum capacity of fluidised bed of sand to improve the fluidization ability of waste is developed. A new correlation for minimum fluidization velocity is introduced. To obtain a correct fluidization the fuel concentration should be fixed below 10% by weight. The fluidization velocity should be fixed above three times sand minimum fluidization velocity to obtain a mixed bed.

L’urbanisation croissante et la propagation des activités humaines entrainent l’augmentation de l’apport de nombreux micropolluants dans le milieu aquatique. Le compartiment aquatique est alors défini comme le réceptacle ultime de la pollution environnementale apportée par diverses sources : les effluents municipaux et industriels, les lixiviats des sites d’élimination des déchets solides, le ruissellement des eaux urbaines et des eaux des sites agricoles. Parmi les contaminants retrouvés dans l’eau, il y a les psychotropes (benzodiazépines, antidépresseurs,antiépileptiques, etc…) qui appartiennent à la grande famille des médicaments. Ce sont des molécules biologiquement actives, ubiquistes, qui sont principalement d’origine urbaine, qui sont apportées continuellement dans l’environnement aquatique et qui sont fortement consommées au niveau mondial. Depuis quelques années, les scientifiques commencent à s’intéresser à cette famille thérapeutique mais il existe encore un réel manque de connaissance sur l’intégralité du problème de diffusion des psychotropes,de leur passage en station d’épuration à leur présence dans l’environnement et enfin à leur impact sur les organismes aquatiques. Ces travaux de thèse cherchent donc à documenter ce point en se focalisant sur l’étude de la présence, du devenir et de l’impact des psychotropes dans la Garonne estuarienne (France) et le fleuve Saint Laurent (Québec, Canada). Dans un premier temps, une méthode analytique multi-résidus permettant l’analyse de 47 psychotropes dans les eaux usées et les eaux de surface a été développée et validée. Des échantillonneurs passifs de type POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) ont été calibrés et validés afin de permettre le suivi intégratif et continu des psychotropes dans les eaux de surface.Dans un second temps, les effluents d’entrée et de sortie de station d’épuration des agglomérations de Bordeaux en France et de Repentigny et Montréal au Québec ont été caractérisés. Les résultats de cette étude montrent que les traitements épuratoires de chacune des stations d’épurations étudiées ont une efficacité limitée pour éliminer les psychotropes dans les eaux usées. Par la suite, le suivi effectué dans la Garonne estuarienne et dans le fleuve Saint Laurent a mis en évidence la présence de psychotropes dans l’environnement qui sont majoritairement apportés par l’amont des villes de Bordeaux et Montréal.La comparaison des résultats obtenus pour la France et le Québec montre qu’il existe bien des habitudes de prescriptions et de consommations différentes entre les deux pays. Même si les procédés d’épuration sont différents entre les deux pays (traitement secondaire en France et primaire au Québec),l’efficacité d’élimination sur la famille thérapeutique des psychotropes reste insuffisante. Enfin ila été observé que le débit du milieu récepteur jouait un rôle important dans la dilution et le devenir des composés.Dans un troisième et dernier temps, des études in vitro et in vivo ont montré que certains psychotropes pouvaient avoir un impact toxique sur les bivalves d’eau douce étudiés (Elliptio complanata et Corbiculafluminea) lors d’exposition de composés seuls ou en mélange à des concentrations de l’ordre du mg.L-1 (concentrations expérimentales) et même du ng.L-1 (concentrations environnementales). / Increasing urbanization and human activities cause an increase of micropollutant input in the aquatic environment. The water compartment is then defined as the ultimate receptacle of environmental pollution originating from various sources: municipal and industrial wastewaters, leachates from solidwaste disposal sites, waters of urban and agricultural runoff.Among the contaminants found in the water, there are psychotropic drugs (benzodiazepines, antidepressantsor antiepileptics) belonging to the family of pharmaceuticals. These are biologically active molecules, ubiquitous, which are mainly of urban origin, which are continuously introduced into the aquatic environment and are heavily consumed around the world.In recent years, scientists have begun to show interest for this therapeutic family, but there is still areal lack of knowledge about the full psychotropic diffusion problem; from their presence in wastewater treatment plant to their presence in the environment and finally to their impact on aquatic organisms.In this global perspective these thesis works seek to document the presence, fate and impact of psychotropic drugs in the Garonne estuarine (France) and the St. Lawrence River (Quebec, Canada).Firstly, a multi-residue analytical method for the analysis of 47 psychotropic drugs in wastewater and surface waters has been developed and validated. POCIS passive samplers were calibrated and validated for continuous integrative monitoring of psychotropic drugs in surface waters.Secondly, the treatment plant influents and effluents of Bordeaux in France and Repentigny and Montreal in Quebec have been characterized. The results of this study show that treatment processes ofstudied wastewater treatment plants have limited performances to remove psychotropic drugs in wastewaters. There after, the monitoring performed in the Garonne estuarine and in the St. Lawrence River has highlighted that the presence of psychotropic drug in the environment is mainly related toupstream input of Bordeaux and Montréal.Comparison of the results obtained in the two countries surveyed show that there are many different patterns of prescriptions and consumption between the two countries. Although the treatment processes are different between the two countries (secondary treatment in France and primary in Quebec), their removal efficiency is still insufficient for psychotropic drugs. Finally it was observed that theflow rate of the receiving environment plays an important role in the dilution and the fate of the compounds.In a third and final stage, in vitro and in vivo studies have shown that some psychotropic drugs could have a toxic impact on the studied freshwater bivalves (Elliptio complanata and Corbicula fluminea) upon exposure alone or in mixture with concentrations in the order of mg.L-1 (tests concentrations) and even ng.L-1 (environmental concentrations).

Le Liban, un pays Méditerranéen, est bien connu pour sa richesse relative en eau au Moyen-Orient, une région naturellement aride. Cependant, le Liban fait face à un risque grandissant de stress hydrique. Le secteur agricole qui s’étend sur différentes régions au Liban, représente 60 % de la consommation de l’eau douce du pays. Toutefois, cette eau est mal gérée et utilisée de façon négligente, menant à de grandes pertes de la ressource. Aujourd’hui, le secteur domestique fait face à un manque en eau et se retrouve obligé de s’en procurer par des moyens non-conventionnels. Afin de combattre la pénurie d’eau, quels seront le potentiel et les limites du Liban à explorer l’application du modèle circulaire ? Les études de cas choisies ont dépeint le potentiel du Liban à récupérer les déchets et eaux usées pour des fins agricoles, en soulignant la préservation et l’optimisation de l’eau dans toute l’économie. À petite échelle, le Liban a prouvé le succès de la circularité de l'eau dans l'agriculture, mais a également révélé des obstacles lorsqu'il s'agit de comprendre le secteur de l'eau. Pourtant, le Liban a le potentiel d'atteindre la circularité dans ce secteur et au-delà. Le cas de la station d'épuration d'Ablah valide le potentiel de démultiplication de son modèle opérationnel sur des stations existantes situées à proximité de champs agricoles en normalisant l'utilisation de l'eau traitée et en renforçant la gouvernance de l'eau ; y parvenir améliorerait l'approvisionnement en eau de l'économie. Néanmoins, le gouvernement et les autres parties concernées jouent un rôle majeur dans l'aspect juridique crucial de la mise en œuvre d'un modèle circulaire. / Lebanon is a Mediterranean country well known for its relative richness in water to the Middle East, a naturally arid region. However, in recent years, Lebanon has been facing a risk of increasing water stress. The Lebanese agricultural sector spreads across different regions and accounts for 60 % of Lebanon's freshwater consumption. However, this water is mismanaged and carelessly used, leading to great losses of the resource. Today, the domestic sector faces a lack of water and is forced to obtain it by unconventional means. To combat water scarcity, what are the potential and limitations of Lebanon to explore the concept of circular economy? The chosen case studies have portrayed Lebanon’s potential at recovering waste including used water, for agricultural purposes, but has also risen an interesting point about water preservation and maximization in the whole economy. At a small scale, Lebanon has proven the success of water circularity in agriculture but has also revealed barriers when it comes to understanding the water sector. Yet, Lebanon holds a potential to attain circularity in the water sector and beyond. The case of the Ablah Wastewater Treatment Plant validates the potential to multiply its operational model on existing wastewater treatment plants that are located next to agricultural fields by normalizing the use of treated water and by strengthening water governance; succeeding at this would improve water supply in the economy. Nevertheless, the government and the other concerned parties, play a major role in the crucial legal aspect of the implementation of a circular model.

Les Stations de Traitement des Eaux Usées (STEU) sont l'une des principales sources de rejet de résidus médicamenteux dans l'environnement. Depuis 2009, les Zones de Rejet Végétalisées (ZRV) sont mises en oeuvre entre le rejet de la STEU et le milieu récepteur, mais leurs capacités d'abattement sont encore peu étudiées. Pour combler ce manque, les performances d'épuration de 2 STEU et de leur ZRV, ont été évaluées pendant 2 années. Les résidus médicamenteux (86) ont eu une majorité de rendements d'épuration compris entre 30 et 70 % dans les ZRV et avec des maximums en été et des minimums en hiver. Relativement aux abattements observés sur les STEU en amont, la contribution des ZRV à l'épuration globale du site était inférieure à 30 % du flux entrant. Aussi, la réduction des volumes d'eau rejetés au milieu naturel a été corrélée avec une augmentation des concentrations en résidus médicamenteux. Par ailleurs, les plantes ont montré une capacité d'absorption des médicaments spécifique à l'espèce étudiée, alors que l'observation des concentrations dans les boues, a mis en évidence une tendance à une adsorption en été et un relargage en hiver des micro-polluants. / Wastewater Treatment Plants (WWTP) are considered as one of the most important pharmaceutical compound discharges into the environment. Since 2009, French Water Agencies, promote Surface Flow Treatment Wetlands (SFTWs) at the outlet of WWTPs, between the WWTP and the receiving aquatic environment but their removal efficiencies are not well investigated. To overcome these lacks of knowledge, pollutant removal efficiencies of 2 WWTP and their SFTW were monitoring during 2 years. ln regard to pharmaceutical compounds (86), SFTW removal efficiency rates ranged from 30 to 70% with maximum values in summer and minimum values in winter. The SFTW removal efficiency contributions to WWTP were inferior to 30%. ln addition, SFTW inflow reductions were correlated with an increase of drug compound concentrations in the outflow. Furthermore, there was a specific absorption of these micro pollutants by plants whereas there were dynamic interactions between sampled mud and drugs residues with an adsorption during summer and a release during winter.

En Bretagne, les « marées vertes » sont récurrentes depuis le début des années 70 et occupent une place importante dans le débat public en terme sanitaire, politique et économique. Lors de cette thèse, une large revue bibliographique a été réalisée sur l’export d’azote et une méthodologie innovante a été mise en place afin d’étudier la variabilité spatio-temporelle de l’export de nutriments dans 2 bassins versants à algues vertes à une échelle intra-annuelle et pendant des évènements extrêmes (évènements pluvieux, période touristique de basses eaux,…). Les bassins versants sélectionnés pour les expérimentations de terrain sont l’Ic et le Frémur (Côtes d’Armor). 3 types d’expérimentations ont été réalisées sur ces bassins versants : 1) Des campagnes de prélèvements ponctuels par temps sec et par temps de pluie (32 stations, 27 campagnes) ; 2) des prélèvements automatiques en crue (3 stations, 8 crues) ; et 3) la mesure haute fréquence (2 stations, en continu). Les paramètres hydrologiques et physico-chimiques classiques, les matières en suspension, les spectres UV et toutes les formes de macronutriments (carbone, azote, phosphore) ont été analysés lors de ces expérimentations. Les résultats obtenus confirment pour une part un certain nombre de résultats de la littérature. D’autre part, il met en lumière la relation carbone/nitrates, jusqu’à présent peu étudiée à différentes échelles spatio-temporelles et pendant des évènements pluvieux, qui semble pourtant primordiale dans la compréhension des phénomènes d’export de nitrates à l’échelle de l’année. Enfin, l’analyse de toutes les formes de nutriments révèle l’importance des formes particulaires issues de l’érosion des sols. Ces résultats soulèvent de nombreuses questions de recherche qui mériteraient un approfondissement afin d’améliorer la connaissance des transferts de nutriments dans les bassins versants et prioriser les actions de remédiations. Les perspectives de ce travail sont à la fois scientifiques et pratiques. Au niveau scientifique, les efforts de recherche sur la relation carbone/nitrate et l’identification de la fraction de carbone organique assimilable par les organismes dénitrifiants doivent être poursuivis. De même, l’amélioration des connaissances sur l’export de nutriments en crue passe par l’identification précise des sources de nutriments particulaires pendant les crues printanières. Au niveau pratique, il doit contribuer à l’amélioration des pratiques agricoles, à la reconnaissance de l’intérêt des zones humides naturelles et à l’amélioration des types de traitement utilisés par les stations d’épuration. Les résultats obtenus lors de cette étude devraient notamment être mis en relation avec la dynamique des nutriments observée dans l’estran pendant la période de développement des algues vertes. Enfin, un effort d’amélioration de l’accès à certains type de données sur les bassins versants est nécessaire afin d’améliorer la compréhension des transferts de nutriments. / In Brittany (Western France), "green tides" are recurrent since the early 70s and have an important place in public debate in health, political and economic terms. In this thesis, a wide bibliographic review was performed on the export of nitrogen, and an innovative methodology has been set up to study the spatial and temporal variability of nutrient export in two coastal watersheds on an intra-annual basis and during extreme events (rainfall events, tourist periods of low water, ...). Watersheds selected for the field experiments are Ic and Frémur (Côtes d'Armor). 3 types of experiments were performed on these watersheds: 1) Campaigns of grab samples by dry and wet weather (32 stations, 27 campaigns); 2) automatic sampling during floods (3 stations, 8 floods); and 3) high frequency measurement (2 stations, continuous). Conventional hydrological and physicochemical parameters, suspended solids, UV spectra and all forms of macronutrients (carbon, nitrogen, phosphorus) were analyzed during these experiments. The results confirm in part a number of results of the literature. Furthermore, it highlights the relationship carbon / nitrates far little studied at different spatial and temporal scales and during rainfall events, which however seems to be crucial in understanding of nitrate export. Finally, the analysis of all forms of nutrients reveals the importance of particulate forms from soil erosion. These results raise many research questions that merit further development in order to improve knowledge on nutrient transfers in watersheds and prioritize remediation actions. The prospects of this work are both scientific and practical. At the scientific level, research efforts on the relationship carbon / nitrate and identification of the assimilable fraction of organic carbon by denitrifying organisms must be continued. Similarly, the knowledge on nutrient export must be improved through the precise identification of particulate nutrient sources during the spring floods. On a practical level, it should contribute to the improvement of agricultural practices, the recognition of the interest of natural wetlands and improvement of the types of treatment used by treatment plants. The results obtained in this study should in particular be linked to the dynamics of nutrients in the foreshore observed during the development of green algae. Finally, an effort to improve access to certain types of data on watersheds is needed to improve understanding of nutrient transfers.