Lors de pollutions accidentelles ou d'actes de malveillance au sein des milieux aquatiques, des plans sont mis en place afin d'utiliser tous les recours et les outils nécessaires pour l'évaluation et la caractérisation de la pollution. La procédure standard consiste au prélèvement suivi d'une analyse en laboratoire. Cependant, lors d'une pollution importante, une prise de décision rapide est primordiale. Le projet de thèse s'inscrit dans cette problématique et a consisté au développement d'un analyseur rapide sur site permettant la détection de micropolluants organiques dans l'eau notamment dans le cadre de pollutions accidentelles. Les objectifs ont été de développer une méthode (MSP2E) de pré-concentration et de fractionnement sur des phases solides multiples suivies d'une étape d'élution et d'une détection UV. Les fractions d'élution sont caractéristiques des propriétés physico-chimiques des molécules cibles. Une approche prédictive a été établie permettant de déterminer a priori la fraction dans laquelle les molécules sont éluées. L'exploitation du spectre UV permet de déterminer la (les) molécule(s) présente(s). Une banque de données spectrales a été réalisée afin de répertorier les différentes caractéristiques (physico-chimiques, fraction d'élution, spectre UV) permettant ainsi la reconnaissance d'une molécule. Dans le cadre de ce travail, une centaine de molécules ont été étudiées, seules ou en mélange. Enfin, la méthodologie a également été transposée à une autre application de détermination de produits dopants dans l'urine. / In case of accidental or intentional pollution in aquatic environments, plans are implemented to use any and all recourses and tools available in order to evaluate and to characterize pollution. The current method involves a sampling on site followed by laboratory analysis. But, in case of significant pollution, a rapid decision is clearly needed. The thesis project arises in this context and has been the development of a rapid on-site analyzer for the detection of organic micropollutants in water especially in the context of accidental pollution. The aims of this project were to develop a method (MSP2E) of pre-concentration and fractionation of multiple solid phases followed by a elution step and UV detection. Eluting fractions are related to physico-chemical properties of the target compounds. A predictive approach has been established to determine a priori the fraction in which the molecules are eluted. The UV spectrum analysis may identify the molecule in the different fractions. A database was performed to identify the different characteristics (physico-chemical, eluting fraction, UV spectrum) and for the recognition of a molecule. As part of this work, a hundred molecules were studied alone or in mixture. Finally, the methodology has also been transposed to another application for the determination of doping in urine.

Dans ces travaux de recherche nous avons cherché à développer et optimiser un procédé d’oxydation avancée dédié au traitement de l’eau. Pour cela, Nous avons développé un procédé combinant la génération de radicaux hydroxyles par décharge plasma à pression atmosphérique et un catalyseur fixe. L’originalité de ce travail a été d’utiliser un système d’écoulement permettant l’obtention d’un film liquide (épaisseur < 1mm) afin de permettre une interaction entre le plasma, le liquide et la surface catalytique. Les résultats ont montré que la décharge de type DBD était préférable au Glidarc, plus thermique, plus énergétique et produisant trop de NOx. Les valeurs d’efficacités respectives ont été de 0,67 g.kWh-1 (DBD) et 0,23 g.kWh-1 (Glidarc). Les résultats ont également montré que le matériau de la surface d’écoulement pouvait influencer l’efficacité du procédé. Ainsi dans le cas du laiton, la présence de réactions de corrosion produisant des NO2- réduit l’efficacité de moitié comparée à une plaque d’acier. Le développement d’un modèle CFD 1D du procédé a également été effectué. Celui-ci a permis d’estimer que l’efficacité énergétique de production des HO⋅ est de 4,4.10-9 molHO.J-1 pour la décharge DBD. Il a également permis de montrer que les facteurs majoritairement limitants étaient la présence de réactions parasites telles que la recombinaison des HO⋅. Le modèle a également montré que les réactions chimiques ne durent pas plus de 1µs après l’impact du streamer et n’ont lieu que dans les premiers 5% d’épaisseur de liquide. Enfin, un dépôt catalytique de DLC dopé à l’argent et réalisé par rf-PECVD a permis d’améliorer de près de 10% l’efficacité maximale du procédé. Mots clés : Procédé d’Oxydation Avancée, décharge à barrière diélectrique, Glidarc, dépollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyseur, argent, modélisation CFD. / The aim of this research lies in the development and optimization of an advanced oxidation process dedicated to wastewater treatment. This process combines an atmospheric plasma discharge with an immobilized catalyst (Ag-DLC) in order to generate hydroxyl radicals. The novelty of this work relies in the use of a falling thin film system (thickness < 1mm) to promote the interaction between plasma discharge, the solution and the catalytic surface. The results demonstrate the interest of employing a Dielectric Barrier Discharge configuration instead of a Glidarc system. Indeed, the Glidarc system leads to a too high production level of NOx. The efficiencies of these two processes were respectively 0,67 g.kWh-1 and 0,23 g.kWh-1 for the DBD and the Glidarc system. Moreover, the influence of the counter-electrode / flowing plate material on the process efficiency was pointed out. Compared to stainless steel, the presence of corrosion reactions on the brass surface produced NO2- and thus, reduced the process efficiency. The production of HO⋅ radicals at the plasma / water interface was estimated to be 4,4.10-9 molHO.J-1 by the use of 1D CFD modeling. Side reactions such as HO⋅ recombinaison appear as the major limiting factors. Futhermore the model demonstrates that the time needed to complete all the chemical reactions was less than 1 µs and these reactions occurred only in the first 5% of the top liquid film. Finally with an Ag-DLC based catalytic coating elaborated by RF-PECVD, the efficiency was increased to 10% compared to the best efficiency observed with the non-catalytic system. Keywords : Advanced Oxidation Process, Dielectric barrier discharge, Glidarc, depollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyst, silver, CFD modelling.

La capacité à mesurer le volume cellulaire est essentielle pour l'étude de la régulation du volume cellulaire et ses nombreux processus. La perméabilité de la membrane des cellules de mammifères implique que les intrants ou les extrants de biomolécules causent des transports d'eau qui éprouvent l'homéostasie cellulaire. Dès lors, le volume d'une cellule, ainsi que d'autres paramètres biophysiques y étant reliés, sont modifiés aussi bien par des changements du milieu extracellulaire que par sa propre activité. Les cellules ont développé toute une série de mécanismes pour réguler leur volume afin de préserver leur homéostasie. Ainsi, la régulation de volume d'une cellule est un indicateur potentiel de son état. Dans le but de produire des mesures fiables de volume lors de l'étude de ces processus, il est à priori avantageux de développer des outils et des méthodes efficaces. À cet effet, l'imagerie quantitative de phase avec l'holographie numérique de phase peut donner d'utiles informations sur la morphologie et la composition de la cellule. Le signal quantitatif de phase d'un objet contient deux paramètres critiques pour l'étude de la régulation de volume et du transport d'eau : l'indice de réfraction et l'épaisseur cellulaire. L'ambiguïté de leur contribution dans le signal total peut être résolue par le découplage à deux liquides, mesurant deux fois le même échantillon dans deux milieux extracellulaires d'indices de réfraction différents et connus. La procédure sépare les paramètres en un système facilement soluble de deux équations et de deux inconnus. Avec ces deux paramètres, il est possible de déduire le volume cellulaire absolu ainsi que d'autres paramètres biophysiques, comme lamasse sèche, la concentration en biomolécule et la fraction d'eau. Pour mieux utiliser l'information obtenue par le changement de fluide, une chambre d'écoulement imprimable en 3d a été conçue et utilisée conjointement avec des lamelles rainurées permettant d'obtenir l'indice de réfraction du milieu d'immersion en temps réel. Cet ajout, avec une compréhension de la mécanique des fluides, ouvre de nouvelles possibilités pour résoudre des changements de volume dans le temps. Le découplage de l'indice de réfraction et de l'épaisseur cellulaire n'est désormais plus limité à l'état initial et final des changements de fluide, mais peut être effectué dans la période transitoire. Ces nouveaux essais fluidiques sont utilisés pour mesurer les changements de volume des cultures primaires d'astrocytes de cortex de rat lors de chocs au glutamate. / The ability to measure the absolute cell volume is essential to the study of cellular volume regulation and its many different pathways. The permeability of the cell membrane implies that biomolecule inputs and outputs cause transmembrane water transport challenging cell homeostasis. Thenceforth, acell's volume and a number of other biophysical parameters are modified by changes to the extracellular medium as well as its own activity. Thus, cells have developed a whole series of mechanisms toregulate their volume and maintain their homeostasis. Therefore, cell volume regulation is indicativeof the cell's state. In the interest of producing reliable volume measurements, it is first advantageous to develop effective tools and methods. For this purpose, quantitative-phase imaging with digital holographic microscopy can provide useful information on the morphology and composition of the cell.The quantitative-phase signal of any object contains two critical parameters for the study of volume regulation, the refractive index and the thickness. The ambiguity of their contribution in the total quantitative phase signal can be resolved by the two-liquid decoupling approach, measuring twice the same sample in two extracellular mediums with different but known refractive indices. The procedure results in two easily solvable phase shift equations with two unknown variables. With the two parameters, the whole-cell volume can be deduced in addition to the dry mass, intracellular concentrationand water content fraction. In order to make better use of the information acquired with the change of fluid, a custom 3d-printed imaging chamber was designed and optimized for stable laminar flow. Forfurther accuracy, grooves were etched on the sample coverslips to monitor in real-time the extracellular refractive index. The combination of both tools expands the utility of the decoupling procedure.It is no longer limited to the initial and final state of the liquid exchange, but can now be used inthe transition period. These novel fluidic essays are used to measure glutamate-induced swelling of primary rat cortical astrocytes

Cette thèse a comme objectif d’estimer la variabilité régionale présente et future des trihalométhanes (THM) dans les systèmes d’approvisionnement en eau potable (SAEP) desservis en eau de surface à l’aide de modèles multiniveau. La variabilité régionale des THM a été étudiée à l’aide d’une importante base de données développée dans le cadre de cette thèse et concernant les résultats réglementaires de la qualité de l’eau potable, les infrastructures de traitement, la qualité de l’eau de surface et plusieurs paramètres spatio-temporels pouvant influencer la qualité de la source d’eau (Chapitre 2). Les modèles de régression multiniveaux permettent de considérer la structure hiérarchique des données et ainsi d’étudier la variabilité des échantillons de THM tout en contrôlant pour le regroupement des concentrations de THM entre les SAEP et entre les divisions écologiques du territoire. Dans un premier temps, des modèles de régression linéaire multiniveaux ont été développés pour estimer la variabilité régionale et temporelle d’un indicateur des précurseurs des THM, soit le carbone organique dissous (COD) (Chapitre 3). En utilisant les connaissances acquises lors de cette étude et à l’aide de modèles de régression logistique multiniveaux, nous avons ensuite développé un modèle permettant d’estimer la variabilité régionale de la probabilité que les concentrations de THM dans l’eau potable dépassent un seuil spécifique (Chapitre 4). Ce modèle de régression fut ensuite utilisé afin d’estimer l’impact possible des changements climatiques sur la variabilité régionale future de la probabilité que les concentrations de THM dans l’eau potable dépassent ce même seuil (Chapitre 5). Les modèles de régression multiniveaux ont été très peu utilisés dans le domaine de la modélisation de la qualité de l’eau potable. Or, les résultats de cette thèse ont démontré qu’ils s’avèrent un outil très efficace pour considérer la hiérarchie naturelle des variables permettant de modéliser la qualité de l’eau potable à l’échelle régionale. La base de données développée et l’exploration méthodologique des modèles de régression multiniveaux effectuée dans les différents chapitres de cette thèse offrent une plateforme unique pour les futures études de modélisation concernant la variabilité régionale de la qualité de l’eau potable. Mots clés : eau potable, eau de surface, modèle de régression multiniveau, cadre écologique du territoire, trihalométhanes, sous-produits de la désinfection, carbone organique dissous, changements climatiques / The objective of this thesis is to estimate the present and the future regional variability of trihalomethane (THM) occurrence in drinking water utilities (DWUs) supplied by surface water using multilevel models. The regional variability of THMs was investigated using a large database developed as part of this thesis that takes into account information about regulatory drinking water quality analyses, treatment infrastructures, surface water quality, and many other spatiotemporal parameters that may influence source water quality (Chapter 2). The multilevel models allow for the consideration of the hierarchical structure of the data and the study of variability among THM samples, while controlling for the grouping of THM concentrations within DWUs and at the regional level. At first, multilevel linear regression models were developed to estimate the regional and temporal variability of an indicator of THM precursors (i.e., dissolved organic carbon – DOC) (Chapter 3). Then, using the knowledge acquired in this study and based on multilevel logistic regression models, we developed a model which allows us to estimate the regional variability in the probability of THM concentrations exceeding a specific threshold in drinking water (Chapter 4). Then, this model was used to estimate the possible impact of climate change on the future regional variability in the probability of THM concentrations exceeding the threshold (Chapter 5). Multilevel models have only rarely been used in the field of drinking water quality modelling. And yet results from this thesis demonstrate that they are quite useful in considering the natural hierarchy of variables allowing for the modelling of drinking water quality on a regional basis. The database we developed and the methodological exploration of multilevel regression models that is carried out through the chapters of this thesis offer a useful framework for future modelling studies which examine the regional variability of drinking water quality. Keywords: drinking water, surface water, multilevel regression models, regional ecological framework, trihalomethanes, disinfection by-products, dissolved organic carbon, climate change

L'exploitation de l'énergie solaire présente une solution alternative efficace pour limiter la consommation de l'énergie fossile et résoudre ainsi les problèmes qui en découlent notamment la pollution et le changement climatique. La dissociation de l'eau par le procédé de la photocatalyse est considérée actuellement comme une méthode innovante pour la photogénération de l'hydrogène (H₂) à partir d'une ressource non carbonée. Les photocatalyseurs classiques mis en jeu ne sont malheureusement activables que sous l'irradiation de l'ultraviolet, ce qui limite leur activité catalytique sous la lumière solaire principalement formée par le visible. Grâce à ses propriétés optiques et électroniques, le phosphore noir (BP) est caractérisé par une bonne absorption lumineuse étendue sur le visible, et même l'infrarouge proche. Ainsi, il présente un candidat potentiel pour les procédés photocatalytiques. Ce travail présente une méthode alternative pour la synthèse d'un nanocomposite à base du BP assisté par le phosphure de nickel (Ni₂P). Cette méthode est basée sur la transition de phase induite par l'éthylènediamine en présence des ions nickel (Ni²⁺) pour la formation in-situ du Ni₂P en tant que co-catalyseur à la surface du BP formé. Les résultats obtenus montrent que l'activité photocatalytique du nanocomposite avec un ratio molaire Ni/P de 3 % atteint 406,08 μmol.g⁻¹.h⁻¹, qui est 185 fois plus élevé que le matériau sans co-catalyseur. Le plus important, le photocatalyseur a montré une efficacité quantique élevée allant jusqu'à 48,45 % à 360 nm et 7,90 % à 400 nm. La caractérisation du matériau synthétisé a prouvé que cette performance photocatalytique pourrait être expliquée par l'absorption lumineuse étalée sur le visible ainsi que l'efficacité de la séparation des porteurs de charges assurée par un contact intime entre le co-catalyseur et le matériau principal. Ce contact établi par une liaison covalente permet également d'avoir une stabilité notable. La stabilité du nanocomposite développé s'est manifestée par une capacité importante de réutilisabilité, ce qui lui permettrait d'être un photocatalyseur performant pour une application pratique. / The exploitation of solar energy presents an effective and an alternative solution to limit the consumption of fossil energy and to solve the correspondent problems, particularly the pollution and the climate change. The water splitting using the photocatalysis process is considered currently as an innovative method for the photogeneration of hydrogen (H₂) from a non-carbon resource. The involved conventional photocatalysts are unfortunately activable only under ultraviolet irradiation, which limits their catalytic activity under sunlight, mainly composed of the visible spectrum. Thanks to its optical and electronic properties, black phosphorus (BP) is characterized by a good light absorption including the visible and even the near-infrared spectrum. Thus, it presents a potential candidate for photocatalytic processes. This work presents an alternative method for the synthesis of a BP-based nanocomposite assisted by nickel phosphide (Ni₂P). This method is based on the ethylenediamine-induced phase transition in the presence of nickel ions (Ni²⁺) for the in-situ growth of Ni₂P as a co-catalyst on the surface of the as-synthesized BP. The obtained results show that the photocatalytic activity of the nanocomposite with Ni/P molar ratio of 3% reached 406.08 μmol.g⁻¹.h⁻¹, which is 185 times higher than the bare material. Most importantly, the photocatalyst showed a high quantum efficiency of up to 48.45% at 360 nm and 7.90% at 400 nm. The characterization of the synthesized material proved that this photocatalytic performance could be explained by the light harvesting efficiency including the visible light as well as the charge carrier separation efficiency ensured by the intimate contact between the co-catalyst and the main material. Also, this contact established by a chemical covalent bond provides a notable stability. The stability of the developed nanocomposite is manifested by a significant capacity for reusability, which would allow it to be a powerful photocatalyst in a practical application.

Dans un contexte de prise de conscience de la communauté internationale des enjeux de l’accessibilité à l’eau potable dans les pays en voie de développement, la Banque mondiale recommande aux États de privatiser leur gestion de l’eau. En 1999, le gouvernement néolibéral d’Hugo Banzer favorise la privatisation des services de distribution de l’eau de Cochabamba, qu’il justifie par le manque de capitaux nécessaires à la réalisation d’un projet de barrage (Misicuni). Les populations rurale, périurbaine et urbaine, qui avaient jusque-là une relation conflictuelle dans la gestion de l’eau à l’échelle régionale, s’unissent pour revendiquer l’annulation du contrat de concession du consortium international et la modification de la loi encadrant les droits de propriété et de gestion de l’eau. Les manifestations accompagnant ces revendications ont d’abord été réprimées par l’armée avant que le gouvernement accepte de re-nationaliser la gestion de l’eau et d’amender la loi. Quelles ont été les interactions économiques et politiques entre les différentes échelles géographiques représentées par les acteurs de ce conflit socio-territorial ? Quelles ont été les représentations géopolitiques de ces acteurs lors de la guerre de l’eau ? Quelle a été l’évolution des rapports de pouvoir territoriaux lors de ce conflit ? À travers une revue de sept journaux boliviens (1997-2004), nous avons analysé le discours des acteurs afin de comprendre les redéfinitions successives de la territorialité avant, pendant et après ce conflit sur la gestion de l’eau. Ce faisant, cette recherche démontre que les représentations entourant le projet Misicuni ont joué un rôle important dans la genèse du conflit. De plus, les us et coutumes paysannes et la nouvelle tarification de l’eau urbaine ont été les « rapports au territoire » à la base de la guerre de l’eau. Finalement, la plus grande importance des relations « locale-internationale » et « nationale-internationale » font en sorte que l’évolution de la construction locale du territoire est de plus en plus dépendante des acteurs internationaux. / En un contexto de una nueva conciensia de la comunidad internacionale de los enfoques de la accesibilidad del agua potable en los países subdesarrollados, el Banco Mundial recomanda a los Estados de privatizar su gestión del agua. En 1999, el gobierno neoliberal de Hugo Banzer ha favorisado la privatización de los servicios de distribución del agua de Cochabamba. Banzer ha justificado esta decisión con la falta de plata que necesitaba la realización del Proyecto Múltiple Misicuni. Las poblaciones campesina, periurbana y urbana, quien tenía una relación conflictual con la gestión del agua, se han unificado para revendicar la anulación del contrato de concesión del consortio international Aguas del Tunari y para modificar la ley de agua (2029). Las manifestaciones acompañiendo estas revencidaciones han sido reprimadas por la armada antes que el gobierno acepta de re-nacionalizar la gestión del agua y de cambiar la ley. ¿Cuales estaba las interacciones económica y política entre las diferentes escalas geograficas representadas por los actores de este conflicto socio-territorial? ¿Cuales han sido las representaciones geopolíticas de los actores durante la guerra del agua? ¿Cual ha sido la evolución de la relación de poder territorial durante este conflicto? A través de siete poriódicos bolivianos (1997-2004), analisamos el discurso de los actores para entender las redifiniciones de la territorialidad antes, durante y después de la guerra del agua. Entonces, esta investigación demuestra que las representaciones del proyecto Misicuni han jugado una función muy importante en el desarrollo del conflicto. Además, los usos y costumbres campesinos y la nueva tarificación del agua urbana han sido la “relación al territorio” en la base de la guerra del agua. Finalmente, la importancia de las relaciones “locale-internacionale” y “nacionale-internacionale” hacen que el dessarrollo de la construcción locale del territorio es de más en más dependiente de los actores internacionales.

La production et la distribution de l’eau potable sont assujetties à un encadrement légal afin d’assurer une eau potable de qualité et propre à la consommation humaine. Cependant, l’eau peut être vulnérable à la présence de contaminants provenant de la source d’eau, de l’usine de production d’eau potable (UPEP) ou du réseau de distribution. Ce mémoire vise l’étude de deux contaminants d’intérêt émergent pouvant se retrouver dans l’une ou l’autre des composantes du système d’approvisionnement en eau. L’acésulfame de potassium (ACE) est un composé provenant des sources d’eau alors que le chlorure de vinyle (CV) est un contaminant qui provient généralement du réseau de distribution. Présentement, très peu de recherches au Québec et au Canada ont porté sur la présence de ces deux composés dans l’eau potable. Dans ce mémoire, un chapitre se concentre sur la présence du CV dans l’eau potable de certains réseaux de distribution du Québec. Ce contaminant se retrouve dans l’eau potable en raison de son relargage par les conduites de polychlorure de vinyle (PCV) utilisées dans des réseaux de distribution d’eau potable. Les résultats issus de cette étude ont permis de dresser un portrait de la présence du contaminant dans les réseaux étudiés. Les concentrations de CV ont varié entre la limite de quantification méthodologique (LQM), qui est de 0,04 µg/L, et 0,35 µg/L. Le résultat maximal atteint représente une concentration de près de six fois inférieures à la norme exigée par le règlement sur la qualité de l’eau potable du Québec (RQEP). Un autre chapitre du mémoire rapporte l’étude de l’ACE, un contaminant d’intérêt émergent. Cet édulcorant, non biodégradable, se retrouve dans les sources d’eau potable suite à la consommation et à l’excrétion de ce produit par l’humain. Il est acheminé dans l’environnement via les rejets d’eaux usées traitées ou non traitées dans les milieux récepteurs. Ce contaminant a été quantifié à l’eau brute de cinq UPEP à des concentrations moyennes variant de 0,08 ± 0,04 µg/L à 0,14 ± 0,02 µg/L. De plus, l’efficacité des usines à retirer le contaminant de l’eau a aussi été abordée dans cette étude. Dépendamment des procédés de traitement employés, l’efficacité des UPEP à retirer l’ACE a varié entre 21% et 91%. Selon les résultats, la désinfection à l’ozone et au chlore sont les plus efficaces pour retirer l’ACE de l’eau.

La présente étude visait à établir la capacité d’enlèvement de l’azote des effluents domestiques par le procédé à culture fixée immergée BIO-FOSSEMD, conçu pour les petites localités. Des essais ont été effectués avec une unité pilote comprenant un réacteur de 15 litres. Aéré en continu et soumis à des charges de 35 g N-NH4+ m-2 d-1 et 323 g DBO5 m-2 d-1, ce procédé a atteint 96% de nitrification, atteignant régulièrement des valeurs inférieures à 2 mg N-NH4+/L. Sous aération intermittente du réacteur, l’efficacité de l’enlèvement de NH4+ et de NO3- dépend de la durée des périodes aérobie et anoxie. Avec un cycle de 24 h comptant 75% d’aération, les concentrations en azote à l’effluent ont varié de 0,4 à 7,4 mg N-NH4+ /L et de 10 à 21 mg N-NO3-/L. Les taux maximaux de nitrification et de dénitrification s’élèvent à 58 g N-NH4+ m-2 d-1 et 52 g N-NO3- m-2 d-1, respectivement. / The present study was conducted to establish the nitrogen removal capacity for a domestic effluent of the submerged fixed-film process BIO-FOSSEMD. This process has been especially designed for small communities and is based on the use of textile as bacterial support. When aerated continuously and subjected to loads of 35 g N-NH4+ m-2 d-1 and 323 g DBO5 m-2 d-1, this process reached 96% of nitrification, while providing 98% biological oxygen demand removal and 91% suspended solids removal. Under these conditions, values lower than 2 mg N-NH4+/L were measured on a regular basis in the effluent. When the reactor is operated under intermittent aeration, NH4+ and NO3- removal efficiencies depend on the duration of aerobic and anoxic periods. With a 24 h cycle, including 75% of aeration, the effluent nitrogen concentrations varied from 0,4 to 7,4 mg N-NH4+/L and from 10 to 21 mg N-NO3-/L. Under continuous aeration, total nitrogen removal average was around 49%, reaching over 70% at some point. Similar nitrogen removal was reached under intermittent aeration. Kinetic tests conducted ex situ gave a maximal nitrification rate of 58 g N-NH4+ m-2 d-1 and a maximal denitrification rate of 52 g N-NO3- m-2 d-1.

La technique de photocatalyse solaire offre une solution prometteuse pour une élimination efficace des polluants pharmaceutiques émergents comme les antibiotiques dans les eaux usées. Les matériaux photocatalytiques à base de semi-conducteurs jouent un rôle crucial dans la dégradation complète de ces nouveaux polluants pharmaceutiques. À ce propos, de nouveaux photocatalyseurs nanocomposites ont montré une performance catalytique importante par rapport aux photocatalyseurs classiques dans la dégradation des antibiotiques dans l'eau. Ces photocatalyseurs nanocomposites surmontent des défis notamment une photo-absorption insuffisante, une mauvaise séparation de charge, un transfert de charge lent, une recombinaison de charge importante, une mauvaise réaction de surface, une stabilité faible et une récupération difficile. Dans ce contexte, nous avons développé des hybride matériaux photocatalytiques nanostructuré et nanocomposite tout en exploitant leur performance pour la dégradation des antibiotiques sous la lumière solaire. Un nouveau matériau de pérovskite ferroélectrique à base de bismuthate de calcium (CaBiO₃) nanostructuré avec une disproportion de différentes multicharges Bi³⁺ et Bi⁵⁺, a été développé via des méthodes de complexation de glycine et d'échange d'ions. La disproportion efficace obtenue de charge Bi³⁺/Bi⁵⁺ et l'arrangement bien organisé du cristal octaédrique de BiO₆ ont offert une photo-absorbance efficace du visible ainsi qu'une photogénération et une séparation importante de porteurs de charge dans CaBiO₃. En outre, les matériaux CaBiO₃ développés présentent une nanostructure avec une surface spécifique plus élevée qui offre des propriétés de surface améliorées en faveur de la réaction catalytique. De plus, les matériaux à base de CaBiO₃ sont étudiés pour la dégradation des antibiotiques de ciprofloxacine et de tétracycline sous la lumière solaire. Un nanocomposite efficace de BiVO₄-APS-C₆₀ a été développé en intégrant les nanoparticules C₆₀ fonctionnalisées par aminosilicate à la surface de nanocouches ultrafines de BiVO₄. L'intégration de C₆₀ sur BiVO₄ a élargi l'absorption de la lumière dans le domaine du visible et a également offert une génération et une séparation efficaces des porteurs de charge photo-induits. En fait, l'aminosilicate a établi une forte interaction interfaciale entre C₆₀ et BiVO₄, ce qui a fourni un transfert de charge efficace et une stabilité remarquable du composite BiVO₄-APS-C₆₀. Par conséquent, BiVO₄-APS-C₆₀ a montré une activité photocatalytique beaucoup plus élevée vis-à-vis la dégradation de ciprofloxacine sous irradiation solaire. Le nanocomposite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 a été développé par l'incorporation de NH₂-UiO-66 sur Bi₂WO₆ ayant une forme micro/nanoflorale dans le but d'améliorer l'activité photocatalytique pour la dégradation de ciprofloxacine sous l'irradiation de la lumière solaire. L'activité photocatalytique améliorée, expliquée par la formation d'une hétérojonction avec un fort contact interfacial entre Bi₂WO₆ et NH₂-UiO-66, a permis d'élargir le domaine d'absorption lumineuse, de réduire la recombinaison de paires électron-trou photo générées et d'accélérer le transfert des porteurs de charges. L'hétérojonction Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 suit le mécanisme de transfert de charge de type Z-schème et possède des sites hautement réactifs offrant une forte propriété redox au composite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66. / The solar photocatalytic technique is a promising solution for the effective removal of antibiotics, which are emerging pharmaceutical pollutants in water and wastewater. The semiconductor based photocatalytic materials plays crucial role in achieving the complete degradation of these pharmaceutical pollutants. In this direction, the design of nanostructured hybrid photocatalysts shows superior catalytic performance as compared to the conventional photocatalysts towards the effective degradation of antibiotic molecules in water. These nanostructured hybrid photocatalysts overcome the limitations of weak photoabsorption, poor charge separation, slow charge transfer, high charge recombination, limited surface reaction, lesser stability and difficult recovery. In this context, we have developed potential nanostructured and nanocomposite photocatalytic materials and explored their performance in degradation of antibiotics under solar light. Novel ferroelectric perovskite material, nanostructured calcium bismuthate (CaBiO₃) with distinct Bi³⁺ and Bi⁵⁺ multi-charge disproportion was developed via glycine-complexation and ion-exchange methods. The efficient Bi³⁺/Bi⁵⁺ charge disproportion and well-organized BiO₆ octahedral crystal arrangement provided an enhanced visible photo-absorbance and higher charge carrier generation and separation to CaBiO₃ system. The developed CaBiO₃ materials exhibited nanostructure with higher surface area which provided enhanced surface properties for catalytic reactions. Moreover, the developed CaBiO₃ materials were potentially explored for degradation of ciprofloxacin and tetracycline antibiotic drugs under solar light. An efficient BiVO₄-APS-C₆₀ nanocomposite was developed by integrating aminosilicate functionalized C₆₀ nanoparticles on the surface of ultrathin BiVO₄ nanolayers. The integration of C₆₀ on BiVO₄ broadened the light absorption spectrum in the visible light range and offered an enhanced generation and separation of the photoinduced charge carriers. The aminosilicate group established a strong interfacial interaction between C₆₀ and BiVO₄, which provided remarkable charge transfer efficiency and stability for BiVO₄-APS-C₆₀ composite. The as-synthesized BiVO₄-APS-C₆₀ displayed high photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 nanocomposite was designed incorporating NH₂-UiO-66 with Bi₂WO₆ micro/nanoflower for enhanced photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. The improved photocatalytic activity attributed to the formation of heterojunction with strong interface contact between Bi₂WO₆ and NH₂-UiO-66, broadened the photoabsorbance range, reduced photogenerated electron-hole pair recombination, and accelerated charge carrier transfer. The Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 heterojunction follows Z-scheme charge transfer mechanism with high surface reactive sites providing strong redox property to Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 composite.

Les sols organiques cultivés sont reconnus pour leur excellente qualité agricole. Cependant, la nature des matériaux les constituant et les processus physico-chimiques et mécaniques liés à leur mise en valeur agricole les rendent exposés aux problèmes de drainage. Généralement, la formation de couches compactes qui stratifient le profil de sol limite progressivement l’infiltration de l’eau dans le sol et favorise la formation de nappes perchées à la surface du sol. Ces manifestations sont en grande partie néfastes pour les cultures ne tolérant pas que leur système racinaire soit inondé au-delà de 48 heures. Le but de cette étude a été : (1) de décrire le mouvement de l’eau dans le sol au cours de deux événements de drainage et de caractériser ses principales propriétés hydrauliques ; (2) de caractériser le niveau de compaction des profils non perturbés et (3) de déterminer la réponse de la mise en place d’une technique de perturbation mécanique en rapport avec l’amélioration du drainage. Les principaux résultats indiquent que le modèle hydraulique de van Genuchten décrit efficacement l’écoulement de l’eau et les propriétés hydrauliques du sol. Ils démontrent que les profils non perturbés se compactent et deviennent problématiques pour le drainage à partir de 30 centimètres de profondeur. Ils démontrent également que la perturbation du profil au-dessus des drains permet d’améliorer la perméabilité des zones critiques du sol et l’infiltration de l’eau à travers celles-ci. La mise en place d’un profil perturbé sur les drains permet d’améliorer significativement le drainage en comparaison avec un profil non perturbé et réduit considérablement le temps de ressuyage. Ces résultats peuvent servir à la caractérisation des sols organiques cultivés et à la détermination des zones critiques des profils à intervenir pour améliorer l’infiltration de l’eau, l’enracinement de certaines cultures, etc. / Cultivated organic soils are recognized for their excellent agricultural quality. However, the nature of their constitutive materials and physicochemical and mechanical processes associated with their agricultural development make them be susceptible to surface drainage problems over time. Usually, the compacted layers formation which contributes to the stratification of the soil profile gradually limits the soil water infiltration and tend to the formation of perched water table near the soil surface. These observations associated with drainage problems have largely negative impacts on crops which do not tolerate their root system being flooded beyond 48 hours. The purpose of this study was: (1) to describe the soil water movement during two soil drainage events and characterize its main soil hydraulic properties; (2) to characterize the undisturbed cultivated organic soil profile compaction level and (3) to determine the effects of a mechanical soil disturbance techniques in relation to the soil surface drainage improvement. The main results indicated that the van Genuchten hydraulic model describes efficiently the cultivated organic soils water flow and their soil hydraulic properties. They demonstrate that the undisturbed soil profile is compacted and is problematic for surface drainage from 30-cm-deep. They also demonstrate that the disturbance of the soil profile on the drain tile could improve the soil water permeability of the critical areas of the soil profile and the water infiltration. Implementation of a disturbed soil profile over the drain tile significantly improves the soil drainage compared to an undisturbed soil profile and considerably reduces the time to reach field capacity at the soil surface. These results could be useful for further characterization of cultivated organic soil profiles and determination of soil critical areas to take action for improving water infiltration, crops rooting, etc.