L'objectif de ce travail est l'étude du procédé de pervaporation et plus particulièrement la compréhension des mécanismes de transfert de masse et de chaleur dans une membrane en polymère qualifiée de dense. Une meilleures compréhension des mécanismes permettrait de lever les verrous limitant le développement de ce procédé, comme les faibles flux de matière ainsi que l'origine et la quantité de chaleur nécessaire au transfert à travers la membrane. Pour cela, nous avons développé un dispositif expérimental qui permet de mesurer en simultané les densités de flux de matière et de chaleur. La configuration frontale statique de perméation du dispositif mis en place donne accès au profil de température du liquide d'alimentation. Ces données de température ont permis de calculer les densités de flux de chaleur engagées durant les expériences de pervaporation grâce à un calcul par méthode inverse couplé à une simulation STAR CCM+. La densité de flux de matière est mesurée par une nouvelle méthode. La nouvelle méthode utilise un capteur de pression situé dans le réservoir d'alimentation permettant de mesurer en continu la densité de flux de matière synchronisée avec la mesure des températures. Afin de simplifier au maximum les contraintes expérimentales, nous nous sommes restreints à la perméation de composés purs. La corrélation des deux flux mesurés nous a conduit à observer que la quantité de chaleur prise au fluide en amont pour pervaporer une unité de masse de liquide pur est inférieure à la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser ce même liquide. Elle représente 50 % de celle-ci dans le cas de l’eau et seulement 25 % dans le cas de l’éthanol. / The aim of this work is to study the pervaporation process and specifically to understand the mass and heat transport mechanisms in a dense polymeric membrane. A better understanding of these mechanisms would make it possible to improve the limiting parameters for the development of this process, such as the low mass fluxes as well as the origin and the quantity of heat required for transport through the membrane. In order to answer these questions, we have developed an experimental setup that allows simultaneous measurement of mass flux and heat flux density. The dead-end permeation of the setup developed gives access to the temperature profile of the liquid feed. These temperature data make possible the estimation of the heat flux densities engaged during the pervaporation experiments by means of an inverse computation coupled with a STAR CCM + simulation. The mass flux is measured by a new method in addition to the gravimetric method used as a reference. The new method uses a pressure sensor located in the feed tank to continuously measure the mass flux with 1Hz raw acquisition frequency synchronized with the temperature measurement. In order to simplify the experimental constraints, we applied only permeation of pure liquids. The correlation of the two fluxes (mass and heat density) measured led us to observe that the amount of heat taken to the feed side to pervaporate a unit mass of pure liquid is less than the amount of heat required to vaporize the same liquid. It represents 50% of it in the case of water and only 25% in the case of the ethanol.

Les coquilles d’huitres perlières (Pinctada margaritifera) en élevage sont abondamment colonisées par des peuplements épibiontes (ie biofouling). Ces communautés d’épibiontes représentent des contraintes de gestion coûteuses pour les perliculteurs (manutention, traitements). Leur rôle dans le fonctionnement des élevages, à la fois sur les espèces cultivées et sur l'environnement, est cependant encore très mal connu. La majorité des épibiontes sont des organismes filtreurs, potentiels compétiteurs des huitres perlières pour la ressource. Alors qu’une telle compétition pourrait compromettre la production, les interactions trophiques entre les huitres perlières et les épibiontes ont été très peu étudiées en Polynésie française. Plus largement, l’activité des épibiontes, ajoutée à celle des huitres perlières, pourrait également avoir des conséquences sur le fonctionnement de l’écosystème lagonaire. Au cours de ce travail de thèse, le biofouling a été étudié au travers d’une approche globale, considéré simultanément comme une contrainte pour la perliculture et comme un forçage biologique pour l’écosystème. Plusieurs expérimentations ont été réalisées dans 4 lagons de Polynésie française : Ahe, Mangareva, Rangiroa et Tahiti. Les communautés d’épibiontes ont été décrites, leur influence sur les fonctions physiologiques des huitres perlières (nutrition, croissance, reproduction) évaluée et finalement, leur rôle dans les interactions entre les élevages d’huitres perlières et l'environnement a été quantifié. Alors qu’aucun effet négatif du biofouling n’a été décelé sur la production des huitres perlières, son importance dans les processus à l’échelle de l’écosystème a été démontrée. / Reared pearl oysters support a host of epibiont communities (ie biofouling). Biofouling control results in additional costs for farmers (handling, treatment). However, the impact of epibionts on pearl oysters and on environment remains poorly known. Epibiont communities are dominated by filter-feeder organisms, which may compete for food with pearl oysters. Although such competition could alter the commercial production, very few studies have been conducted concerning the trophic interactions between pearl oysters and epibionts in French Polynesia. Otherwise, epibionts could reinforce the influence already induced by pearl oysters on the ecosystem. During this thesis, the problem of biofouling was addressed using a holistic approach, considering it as a constraint for pearl farming and a biological forcing for the ecosystem. Several experiments have been conducted in 4 lagoons of French Polynesia: Ahe, Mangareva, Rangiroa and Tahiti. Biofouling communities have been described, their impact on pearl oysters (feeding, growth, reproduction) assessed and finally we quantified their influence in the interactions between pearl oysters’ rearing and environment. While no negative impact of biofouling was observed on pearl oysters, its importance on the ecosystem processes have been demonstrated.

L'amélioration de la gestion des ressources naturelles est nécessaire pour répondre aux nombreux enjeux liés à leur exploitation. Ce travail propose une méthodologie d'optimisation de leur gestion, appliquée au cas du cuivre en France. Quatre critères permettant de juger les stratégies de gestion ont été retenus : le coût, les impacts environnementaux, la consommation énergétique et les pertes de ressources. La première étape de cette méthodologie est l'analyse de la situation actuelle, grâce à une modélisation du cycle français du cuivre de 2000 à 2009. Cet examen a montré que la France importe la quasi-totalité de ses besoins sous forme de cuivre raffiné, et a une industrie de recyclage peu développée. Suite à ces premiers résultats, la problématique du traitement des déchets de cuivre, et notamment de leur recyclage, a été étudiée. Une stratégie de modélisation des flux recyclés, basée sur la construction de flowsheets, a été développée. La formulation mathématique générale du problème a ensuite été définie : il s'agit d'un problème mixte, non-linéaire et a priori multiobjectif, qui a une contrainte égalité forte (la conservation de la masse). Une étude des méthodes d'optimisation a conduit à choisir un algorithme génétique (AG). Une alternative a également été envisagée pour résoudre le problème multiobjectif par programmation linéaire en le linéarisant "sous contrainte". Ce travail a mis en évidence la nécessité de développer une filière de recyclage efficace des déchets électriques et électroniques en France. Il a de plus montré que le cuivre contenu dans les déchets ne permet pas de couvrir la demande et qu'il est nécessaire d'importer du cuivre, de préférence sous forme de débris. / Improving the natural resources management is necessary to address the many issues related to their exploitation. This work proposes an optimization methodology for their management, applied to the case of copper in France. Four criteria are identified to assess management strategies: cost, environmental impacts, energy consumption and resource losses. The first step of this methodology is the analysis of the current situation, by modelling the French copper cycle from 2000 to 2009. This analysis showed that France imports almost all of its needs as refined copper, and has an underdeveloped recycling industry. Following these initial results, the problematic of copper wastes, including recycling, has been investigated. A recycled flow modelling strategy has been developed, based on the construction of flowsheets. The general mathematical formulation of the problem is then defined. It is a non-linear, mixed and a priori multiobjective problem, with a strong equality constraint (mass conservation). A review of optimization methods has led to choose a genetic algorithm (GA). An alternative was also proposed to solve the multiobjective problem with linear programming, by linearizing it under constraint. This work has highlighted the necessity of developing an effective recycling field of wastes from electric and electronic equipment in France. It also showed that the copper contained in wastes does not meet the demand, so that France needs to import copper, preferably as scraps.

Le bassin de la Garonne, deuxième plus grand bassin français de par sa superficie (52000 km2 au Mas d'Agenais), fait l'objet de pressions anthropiques liées aux activités humaines agricoles, domestiques et industrielles.<br />Le prélèvement des eaux de la Garonne et de ces principaux affluents sur une année hydrologique a permis de détecter des enrichissements significatifs pour un grand nombre d'éléments en trace métalliques (ETM : Pb, Cr, Ni, Cu, Zn...). Il s'avère que la plus part de ces éléments métalliques en quantité de trace (ppb) sont éventuellement transportés sous forme particulaire par les rivières. De nombreux arguments vont dans le sens d'une source majeure diffuse de pollution à l'origine de ces enrichissements : les pluies. Toutefois, certains enrichissements spécifiques liés à des activités industrielles locales sont observées (cas du Cr sur l'Agout). Les bilans des flux [entrée (pluies), sortie (exutoire)] ont mis en évidence le stockage de certains métaux, vraisemblablement dans les sols et les sédiments du lit de la Garonne.<br />Le suivi des flux d'éléments dissous majeurs (NO3-, Cl-, SO42-, Mg2+, Ca2+, K+, Na+) et plus spécialement des nitrates, en période de basses eaux estivales (50 m3/s), dans les eaux d'un tronçon de Garonne Toulousaine, a permis la caractérisation et la quantification des apports anthropiques spécifiques en NO3-, Cl-, K+ et Na+ liés à cette agglomération. Certains de ces éléments, nitrates et potassium, sont partiellement éliminés tout au long de ce tronçon. Cette consommation peut être attribuée à l'activité biologique qui se développe dans le lit de la Garonne (développement du biofilm) dans ces périodes critiques où les eaux sont plus anoxiques (moins oxygénées).<br />L'étude plus spécifique du devenir des nitrates dans une zone humide riveraine de la Garonne (site de Monbéqui) a mis en exergue les capacités de ces sites à éliminer ce composé azoté. Ces zones humides sont le théâtre de la rencontre entre les eaux de la Garonne et de la nappe, propice au développement de nombreux processus biogéochimiques. Nous avons identifié et quantifié de fortes consommations biologiques en nitrates dans les zones de mélange entre la Garonne et la nappe. Cela résulte des effets couplés de l'oxydation de la matière organique, de la respiration aérobie, de la dénitrification et de la réduction des oxydes et hydroxydes de Mn et de Fe. Au contraire, dans les zones de sortie de nappe vers la Garonne, il semblerait qu'il y ait nitrification de l'ammonium probablement originaire des profondeurs de la nappe et/ou des sols.

Les ravins de thermo-érosion constituent l’une des formes de dégradation du pergélisol les plus fréquemment observées dans l’Arctique canadien. Bien que leurs processus de formation aient fait l’objet de plusieurs études, aucune ne s’est attardée spécifiquement à dresser un portrait continu des flux de matières qu’ils génèrent au cours d’une saison d’écoulement. Ce mémoire représente une analyse à fine échelle des transferts de masse induits par ce type de perturbation. Il vise à déterminer les impacts d’une dégradation abrupte du pergélisol par thermo-érosion sur les processus hydrologiques en place et les flux de matières. Après 20 ans de développement, le ravin R-08, situé sur une terrasse de polygones à coins de glace sur l’île Bylot, au Nunavut, forme un réseau d’écoulement de 33 458 m2, auparavant inexistant. Présentant un taux de recul rapide de 390 m par année lors de son initiation, ce ravin subit aujourd’hui un recul de 5 m par année sur son axe principal, générant le transport en aval d’une quantité considérable de matière. Les analyses de l’eau qui y circule révèlent quatre signatures biogéochimiques distinctes au cours d’une saison d’écoulement, associées respectivement à la fonte printanière de la neige, à la période de récession hydrologique subséquente, aux évènements de pluie, ainsi qu’aux périodes de récession hydrologique entre ces évènements. Même si la fonte printanière nivale représente un moment crucial pour les exportations de matière, les flux de carbone organique dissous (DOC), d’azote total (TN), de calcium (Ca2+), de sodium (Na+) et de magnésium (Mg2+) les plus élevés ont été enregistrés lors des évènements de pluie. La température, et le dégel du sol qu’elle induit, représente également un vecteur d’érosion et mobilisation des sédiments vers l’aval. Les travaux démontrent que la présence d’un ravin de thermo-érosion a des impacts marqués sur la biogéochimie de l’eau qui y circule et que ces impacts sont particulièrement significatifs après la fonte printanière, alors qu’il y a propagation du front de dégel en profondeur dans le sol. / Les ravins de thermo-érosion constituent l’une des formes de dégradation du pergélisol les plus fréquemment observées dans l’Arctique canadien. Bien que leurs processus de formation aient fait l’objet de plusieurs études, aucune ne s’est attardée spécifiquement à dresser un portrait continu des flux de matières qu’ils génèrent au cours d’une saison d’écoulement. Ce mémoire représente une analyse à fine échelle des transferts de masse induits par ce type de perturbation. Il vise à déterminer les impacts d’une dégradation abrupte du pergélisol par thermo-érosion sur les processus hydrologiques en place et les flux de matières. Après 20 ans de développement, le ravin R-08, situé sur une terrasse de polygones à coins de glace sur l’île Bylot, au Nunavut, forme un réseau d’écoulement de 33 458 m2, auparavant inexistant. Présentant un taux de recul rapide de 390 m par année lors de son initiation, ce ravin subit aujourd’hui un recul de 5 m par année sur son axe principal, générant le transport en aval d’une quantité considérable de matière. Les analyses de l’eau qui y circule révèlent quatre signatures biogéochimiques distinctes au cours d’une saison d’écoulement, associées respectivement à la fonte printanière de la neige, à la période de récession hydrologique subséquente, aux évènements de pluie, ainsi qu’aux périodes de récession hydrologique entre ces évènements. Même si la fonte printanière nivale représente un moment crucial pour les exportations de matière, les flux de carbone organique dissous (DOC), d’azote total (TN), de calcium (Ca2+), de sodium (Na+) et de magnésium (Mg2+) les plus élevés ont été enregistrés lors des évènements de pluie. La température, et le dégel du sol qu’elle induit, représente également un vecteur d’érosion et mobilisation des sédiments vers l’aval. Les travaux démontrent que la présence d’un ravin de thermo-érosion a des impacts marqués sur la biogéochimie de l’eau qui y circule et que ces impacts sont particulièrement significatifs après la fonte printanière, alors qu’il y a propagation du front de dégel en profondeur dans le sol.

La dynamique des Matières en Suspension (MES) dans les estuaires macrotidaux est fortement variable à la fois spatialement (du compartiment fluvial à l'embouchure de l'estuaire) et temporellement (de la seconde à plusieurs années), mais reste primordiale pour comprendre et quantifier la dynamique sédimentaire des environnements estuariens. Avec le développement croissant des réseaux de mesures haute-fréquence à l'échelle internationale, l'objectif principal de cette étude est de qualifier et de valoriser les mesures de turbidité acquises par un réseau de mesures haute fréquence (réseau SYNAPSES) implanté d'amont en aval sur l'estuaire de la Seine (France) à la fois (i) en matière de suivi de la dynamique des MES du compartiment fluvial au bouchon vaseux et (ii) en matière d'estimation des flux de MES sur différentes échelles spatio-temporelles de l'estuaire de la Seine. Les données acquises à partir du réseau SYNAPSES et des campagnes in situ (81 journées de 12 h - OBS-3+/YSI/LISST 100X-C/ADCP 600 kHz) sur quatre stations réparties de l'estuaire fluvial à la zone du bouchon vaseux, constituent un set de données extrêmement riche et unique sur les domaines estuariens. La variabilité des relations, établies entre les mesures de turbidité [NTU] et les mesures de concentrations en MES [g.L-1] sur chacune des campagnes de l'échelle tidale à annuelle, met en évidence l'effet (i) de la technologie interne du capteur et (ii) de la variabilité des propriétés optiques inhérentes des particules (diamètre médian D50), densité sèche rhô et efficacité de diffusion Qc) sur la sensibilité des différents capteurs optiques. L'analyse conjointe des données in situ et des données SYNAPSES a permis de calibrer les mesures de turbidité en concentration massique, avec une relation validée sur le cycle annuel, spécifique à chacune des stations et des incertitudes minimisées. Après une étude de la représentativité des stations du réseau vis-à-vis de la section, les flux instantanés de MES sont estimés (i) à partir des données de concentrations en MES et de débits acquis par l'ADCP sur l'intégralité de la section et (ii) à partir des concentrations ponctuelles en MES du réseau SYNAPSES couplées au modèle hydrodynamique MARS-3D. Les comparaisons des flux de MES in situ par rapport à ceux estimés par la combinaison SYNAPSES/MARS-3D permettent de proposer un coefficient spécifique à chacune des stations du réseau SYNAPSES, dans le but d'ajuster les flux instantanés de MES estimés, avec leurs incertitudes, à partir du réseau SYNAPSES à la réalité in situ. Les outils et les démarches développés dans la thèse sur l'estuaire de la Seine pauvent être appliqués à d'autres estuaires macrotidaux pour estimer les flux sédimentaires. / The dynamics of Suspended Particulate Matter (SPM) in macrotidal estuaries is highly variable both spatially (from the fluvial compartment to the estuary mouth) and temporally (from the second to several years), but it is essential to understand and quantify the sedimentary dynamics of estuarine environments. With the development of high-frequency measurement networks around the world, the main objective of this study is to qualify the turbidity measurements acquired by a high-frequency measurement network (SYNAPSES network) located on the Seine estuary (i) in terms of monitoring the SPM dynamics from the fluvial compartment to the turbidity maximal zone (TMZ) and (ii) in terms of estimation of the SPM fluxes on different spatio-temporal scales of the Seine estuary. Data acquired from the SYNAPSES network and complementary in situ campaigns (81 days of 12 h - OBS-3+/YSI/LISST 100X-C / ADCP 600 kHz) on four stations from the fluvial estuary of the Seine Estuary to the turbidity maximal zone, are an extremely rich and unique dataset on estuarine environments. The variability in the relationship between turbidity measurements [NTU] and SPM concentration measurements [g.L-1] on each campaign, reveals the effect of (i) the internal sensor technology and (ii) the variability of the particle inherent optical properties (median diameter D50, dry density rho and scattering efficiency Qc) on the sensitivity of different optical sensors. The analysis of the in situ and the SYNAPSES data allowed to calibrate the turbidity measurements in mass concentration, with a validated relationship on the annual cycle, specific to each of the stations and reduced uncertainties. After a study of the SYNAPSES station representativeness across the section, the instantaneous fluxes of SPM are estimated (i) from the SPM concentration and liquid flow data acquired by the ADCP on the global section and (ii) from the SPM concentrations of the SYNAPSES network coupled to the hydrodynamic model MARS-3D (estimation of the liquid flow). Comparisons of SPM fluxes in situ to those estimated by the combination SYNAPSES/MARS-3D allow to propose a specific coefficient for each of the SYNAPSES network stations, xith the aim of adjusting the SPM instantaneous fluxes estimated from the SYNAPSES network to the in situ reality, with reasonable uncertainties. the tools and approaches developed in the PhD thesis on the Seine estuary can be applied to other macrotidal estuaries to estimate sedimentary fluxes.

L'économie circulaire (EC) émerge depuis les années 2000 dans le débat public, en opposition à l'économie linéaire, modèle dominant aux limites économiques et écologiques reconnues. Cette thèse constitue une première confrontation opérationnelle de l'EC à un système socio-écologique dépendant de la pêche, le Pays de la Cornouaille en Bretagne. Le système est délimité dans sa façade maritime avec la pêche côtière, seule considérée comme production locale.L'approche est systémique, multidimensionnelle et dynamique. L'analyse comporte trois volets : le premier sur l'amont du circuit en mer, le deuxième sur l'aval du système à terre et le dernier sur le système complet. Premièrement, le coût caché des rejets est visualisé via une analyse comptable de flux de matière ("Material Flow Cost Accounting" MFCA) adaptée à la pêche, proposé comme outil pertinent pour améliorer la performance économique et environnementale des pêcheurs. Deuxièmement, l’analyse de flux révèle une forte dépendance des activités à terre vis-à-vis des importations et exportations de bioressources halieutiques malgré un apport significatif de la pêche côtière à l'économie locale. Troisièmement, des scenarii sur le sous-système Sardine, du "business as usual" a l'EC, servent à proposer une trajectoire alternative de développement basée sur un "panier" de biens et services territorialises et la construction d'une valeur territoire à partir de ressources halieutiques locales. Pour atteindre cette EC durable, il s'agira d'optimiser l'utilisation des ressources locales et diminuer les externalités négatives, en plus d'aller vers une gouvernance partagée, adaptée à l'échelle du système socio-écologique considéré. / The years 2000 have favored the emergence of "Circular Economy" (CE) in the public debate, as opposed to the "linear economy", the dominant model that led to acknowledged economie and ecological limits. Our work is a first attempt to address the CE to a fishery-dependent socio-ecological System, the Cornouaille region in Brittany. The approach is systemic, multidimensional and dynamic. It implies the identification of marine boundaries, in which only Coastal fisheries are considered as a local production. The analysis is conducted along three main axes: an analysis of the upstream part at sea (fishing), an analysis looking at the downstream value chain, on land, and a third looking at the whole System. First, a Material Flow Cost Accounting (MFCA) analysis adapted to fisheries is proposed as a relevant tool to improve economy and environmental performance of fishers, providing evidence of hidden costs of fish discards.Second, the fish bioresource flow analysis indicates a strong dependency on importation and exportation flows to maintain land-based activities depending on sea products, albeit evidence of a significant contribution of Coastal fisheries to the local economy. Third, the exploration of the sardine sub-system through scenarii, ranging between from "business as usual" to those lined with CE, shows an alternative development trajectory, based upon a potential "basket of goods and services", a "territorial value", specifically linked to local fisheries. To achieve such a sustainable CE, we would need to not only aim at a more efficient use of local marine resources and decrease negative externalities, but also advocate for a shared governance, suited to the scale of the considered localised socio-ecological System.