La production animale augmente continuellement à l'échelle mondiale depuis quelques décennies, dans les pays développés d'abord et maintenant dans les pays en développement. Des systèmes industriels ont donc été développés pour améliorer la productivité des élevages, pour augmenter rapidement la production animale et pour fournir la nourriture consommée par les villes. Ils sont efficaces en termes de biosécurité et d'efficacité de conversion des aliments du bétail mais ils ont des incidences sur l'environnement telles que les émissions d'odeur, les émissions d'ammoniac ou de gaz à effet de serre, ou la pollution de l'eau. La durabilité de ces systèmes dépend de leur capacité à limiter leurs impacts sur la raréfaction des ressources naturelles et à limiter leurs fuites de sorte que l'environnement naturel et la biodiversité puissent être préservés près des élevages. Des systèmes de traitement onéreux ne pouvant pas être employés pour des raisons économiques, l'ingénierie écologique fournit les concepts qui peuvent aider à trouver des solutions plus efficientes économiquement et écologiquement. Notre travail a commencé avec la mise en route d'un système associant un bâtiment d'élevage de porcs, une séparation de phase liquide/solide de l'effluent du bâtiment, un lombrifiltre et un ensemble de zones humides artificielles. Destiné à augmenter l'efficacité de recyclage de l'eau et à produire des biomasses utilisables pour la nutrition animale, la fertilisation, la production d'énergie, etc., ce système combine donc la dilution élevée des effluents, permettant la diminution des émissions, à la réutilisation de l'eau et des nutriments. L'eau utilisée pour l'évacuation fréquente des déjections est ainsi recyclée. Les nutriments sont réutilisés sur l'exploitation agricole ou exportés. L'emprise au sol du système est environ 50 fois inférieure à celle requise pour l'épandage des effluents. L'objectif fondamental de la thèse était d'améliorer la compréhension du système pour en préciser les avantages et les limites. L'objectif finalisé était d'étudier si les connaissances produites permettaient d'améliorer la conception et la gestion du système. Des méthodes spécifiques ont été développées pour étudier, sous l'angle des processus et sous l'angle systémique, un dispositif dont les dimensions ne permettaient pas une reproduction dans un laboratoire. Elles ont été appliquées aux émissions gazeuses du lombrifiltre et à l'efficacité de traitement des zones humides artificielles. Nos résultats permettent de définir une " quantité optimale " d'effluent qui maximise la population de vers de terre (preferendum). Au-dessus de ce seuil, les vers de terre meurent en raison de conditions anoxiques. Quand la population de vers de terre est maximale, les émissions d'ammoniac et de gaz à effet de serre sont limitées en regard du flux d'intrant. Par conséquent, l'abondance de vers de terre peut être employée comme bioindicateur de faibles émissions dans les systèmes de transformation d'effluent. L'effet des lombriciens sur les émissions gazeuses est surtout indirect, par leur influence sur la structure de la couche organique, sa porosité, les transferts de matière et sa population microbienne. La " quantité optimale " transférée entre deux niveaux successifs peut être définie pour la production de végétation des zones humides artificielles. Par rapport à un système ouvert, le recyclage de l'eau induit un changement de la stoechiométrie des nutriments, en raison d'efficacités de traitement différentes de ces nutriments : par exemple, le taux de réduction du potassium est inférieur à celui de l'azote ; cette différence induit une augmentation de concentration en potassium dans l'eau par rapport à l'azote. La concentration en potassium se stabilise lorsque la rétention par tous les compartiments correspond à une diminution de masse équivalente au flux de potassium excrété par les animaux. Cela montre que la stoechiométrie des nutriments devrait changer dans les milieux agricoles et probablement dans les productions où l'efficacité du recyclage est augmentée. L'estimation du bilan de matière du système, montre que les émissions d'ammoniac et de gaz à effet de serre sont réduites par rapport aux flux d'azote, et que les produits organiques (lombricomposts et boues des lagunes) contribuent majoritairement à l'abattement des nutriments. Des recommandations pour la conception et la gestion des systèmes qui améliorent le recyclage des effluents sont proposées à partir de ces connaissances. Nos résultats ont été et pourront être mobilisés pour des buts socio-économiques.

Le développement rapide de l'aquaculture dans le monde rend indispensable la maîtrise de ses rejets. Par rapport aux systèmes traditionnels, les systèmes recyclés permettent de réduire les besoins en eau et le volume des rejets. Toutefois, certains nutriments dissous (nitrates, phosphates) s'y concentrent. Le lagunage à haut rendement algal (LHRA) est une des voies possibles pour éliminer ces nutriments. Au cours de ce travail, trois circuits d'élevage: un recyclé, un recyclé avec LHRA et un ouvert témoin ont été étudiés pendant un an pour évaluer l'effet (1) de la réutilisation de l'effluent épuré sur la survie, la croissance et l'alimentation de bars (2) du système d'élevage sur la santé des poissons à travers l'étude de biomarqueurs et de métaux traces bio-accumulés et (3) les conditions optimales de l'épuration algale. Si on n'observe pas d'effet marqué lié au LHRA sur les paramètres zootechniques, une légère réduction de la croissance et de l'alimentation des poissons en circuit recyclé par rapport au témoin est cependant enregistrée. On mesure une faible induction de l'activité EROD et de la SOD dans le circuit recyclé ainsi qu'une bioaccumulation de nombreux métaux dont les teneurs restent cependant très inférieures à celles recommandées pour la consommation humaine. Le traitement par LHRA supprime l'induction de la SOD et la bioaccumulation de la plupart des métaux dans les poissons du circuit recyclé. La croissance des algues et l'épuration des nutriments associée sont saisonnières et améliorées par de faibles densités algales et de forts renouvellements d'eau dans les bassins. L'étude des capacités photosynthétiques des ulves met en évidence une limitation de la croissance algale par le carbone inorganique dissous dans le LHRA. L'intégration du LHRA semble une voie d'amélioration des performances et de la qualité des poissons issus de systèmes recyclés. Par ailleurs, ce travail propose de nouveaux outils d'investigation de la santé des poissons d'élevage.

Ce travail a pour objectif d’étudier l’impact d’une installation de stockage de déchets nondangereux sur l’eau souterraine. L’ISDND d’Étueffont (90) dont le mode d’exploitation associedes prétraitements mécanique et biologique (broyage et maturation aérobie) comporte un casiernon sécurisé ainsi qu’un casier étanche. La caractérisation des lixiviats sur 21 ans (1989-2010)montre une dégradation rapide des déchets. Un état de stabilisation est atteint en fin de suivi. Lesprétraitements ont permis d’accélérer la dégradation des déchets et de réduire le potentiel polluantde l’ISDND. Les lixiviats sont traités in situ par lagunage naturel. Bien que cette technique soitpeu répandue pour le traitement des lixiviats, elle offre pourtant des abattements significatifs (75-90 %) de la matière organique, des matières en suspension, de l’azote et du phosphore. Lesprécédentes études ayant démontré une contamination de l’eau souterraine par les lixiviats, unedélimitation du panache de contamination a été entreprise en combinant des prospectionsgéophysiques du secteur (tomographie de résistivité électrique) et des analyses physico-Chimiquesde l’eau. Les résultats montrent une infiltration des lixiviats à la base du casier non sécurisé ainsiqu’au travers de la géomembrane du casier sécurisé. Une légère infiltration des eaux de lagunagea aussi été observée au niveau des lagunes. Le panache a une étendue limitée et se concentreessentiellement sous la base de l’ISDND. L’ensemble des résultats a permis de cibler les zonescontaminées et de définir les paramètres physico-Chimiques à surveiller dans le cadre du suivipost-Exploitation auquel est soumise l’ISDND jusqu’en 2031. / The purpose of this work was to evaluate the impact of a landfill on groundwater quality.Municipal solid waste from the Etueffont landfill (Belfort area, France) was mechanically andbiologically treated (shredding and aerobic composting) before being disposed of in an unlinedarea and in a lined cell. The leachate characterization performed over a 21-Year period (1989-2010) showed a rapid degradation of waste. A steady state was reached at the end of themonitoring. Waste pretreatment enhanced the rate of biodegradation and reduced the pollutionpotential of the landfill. The leachate produced was treated on site in a natural lagooning. Whilelagooning is not a widespread practice for leachate treatment, significant removal (75-90 %) oforganic matter, suspended solids, nitrogen and phosphorus was observed. In previous studies,groundwater contamination was highlighted around the landfill. As a consequence, geophysicalinvestigations of the area by electrical resistivity tomography and physico-Chemical analyses wereconducted in order to delineate the contamination plume. The results showed leachate infiltrationinto the soil below the unlined part of the landfill and leakage through the watertightgeomembrane of the lined cell. Seepage of wastewater into the soil below the lagoons was alsoobserved. The extent of contamination plume was limited and was mostly limited to the landfillboundaries. The results of this work allowed to determine the location of the contaminated areasand helped to choose the appropriate physico-Chemical analytes of the post-Closure groundwatermonitoring program, which will be applied to the landfill until the end of 2031.

Cette thèse porte sur le comportement d’un composé prioritaire au titre de la Directive Cadre sur l’Eau au niveau européen : le tributylétain (TBT) et ses métabolites (dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)). On s’intéresse plus particulièrement aux eaux usées domestiques lors de leur transit dans deux stations d’épuration par lagunage naturel (STEP), traitement adapté aux effluents provenant des zones faiblement urbanisées. Ce travail de thèse vient combler le manque de résultats scientifiques sur (1) le niveau des concentrations en butylétains dans les effluents domestiques des zones peu urbanisées en entrée des stations par lagunage et en sortie après traitement ; (2) l’efficacité du traitement par lagunage à éliminer les butylétains ; (3)l’identification des processus qui contrôlent le devenir de ces éléments au cours du traitement.Les butylétains sont mesurés dans les matrices particulaires, dissoutes et dans les boues, par couplage GC-ICP-MS, dans toutes les étapes du traitement par lagunage de deux communes rurales du département de l’Hérault (34,France) : Gigean (6000 eq-hab.) et Montbazin (4500 eq-hab.). On montre que les trois espèces butylées sont systématiquement présentes dans tous les échantillons prélevés sur les deux STEP. Les butylétains arrivent principalement sous forme particulaire dans les eaux brutes en entrée des stations. Au cours du traitement, les processus de sorption sur les particules en suspension et la décantation de ces dernières au fond de chaque bassin sont les principaux facteurs permettant l’élimination des butylétains. Les premiers bassins anaérobies, de grande profondeur et de long temps de séjour, permettent l’élimination de plus de 60% à Gigean (93% à Montbazin) des butylétains. Les boues de fond de chaque bassin montrent des concentrations élevées en butylétains. La remise en suspension des butylétains est notée dans les derniers bassins de finition, peu profonds, ce qui peut être due à la re-stratification thermique. En sortie de station, malgré les abattements importants, des concentrations non négligeables en butylétains (12 à 228 et 1.8 à 15 ng(Sn).L-1 respectivement pour Montbazin et Gigean) sont rejetées dans le milieu récepteur. Des expériences de sorption basées sur la mise en contact de butylétains avec des boues de fond de bassin diluées ont été effectuées selon plusieurs approches expérimentales. On a ainsi montré que (1) la distribution des espèces MBT, DBT, TBT, entre les phases solide et liquide, est variable d’un test à l’autre selon les conditions opératoires ; (2) l’affinité entre les butylétains et la boue est importante, quelle que soit sa provenance. 98% des butylétains se retrouvent dans la phase solide, du fait de leur hydrophobicité. Le coefficient de distribution Kd entre le TBT et les boues est plus élevé que celui obtenu pour d’autres type de phases solides (75000 L.kg- 1) ; (3) le processus de sorption est rapide. De plus des processus de sorption, désorption et déalkylation du TBT, expliquant les variations des concentrations en MBT et DBT dans la phase solide ont été identifiés. La désorption du TBT est rapide. Il se dégrade dans la phase liquide en DBT dont une partie se transforme en MBT. La sorption du MBT sur les boues a été systématiquement mesurée. Le phénomène de sorption n’est donc pas complètement réversible au cours du temps. Ces résultats contribuent à expliquer les dysfonctionnements observés dans les stations de traitement par lagunage, par exemple lors d’apports directs d’eau de pluie.Cette thèse démontre la présence systématique des butylétains dans les stations d’épuration par lagunage naturel. Les données acquises in-situ couplées à des essais en laboratoire permettent de comprendre le comportement de ces composés lors de ce traitement : la fraction solide joue un rôle clé dans les processus de sorption-désorption-(bio)dégradation des butylétains. / This thesis deals with the behavior of a priority compound on the basis of the framework Directive on water at European level: tributyltin (TBT) ) and its metabolites (dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)). The study is focused on two waste stabilization pond treatment plants (WSP), which is an appropriate treatment to domestic effluents from sparsely urbanized areas.This thesis comes to fill the lack of scientific results on (1) the level of butyltin concentrations in domestic effluents from sparsely urbanized areas, in the input of the WSP and the output after treatment; (2) the efficiency of butyltins elimination by the WSP treatment; (3) the identification of the processes that control the fate of these elements during the treatment.Butyltins are measured in particulate and dissolved matrices and in sludge, by GC-ICP-MS, in all stages of the treatment by lagooning of two villages of the Department of Hérault (34, France): Gigean (6000 p.e.) and Montbazin (4500 p.e.).It is shown that the three butyltin species are consistently present in all samples taken from the two WSP. Butyltins arrive primarily in particulate form in the raw water. During treatment, the processes of sorption onto particulate matter and the settling of the latter at the bottom of each basin are the main factors for the elimination of butyltins. The first anaerobic ponds, characterized by deep depth and long residence times, allow the elimination of more than 60% Gigean (93% at Montbazin) of butyltins. Bottom sludge of each basin show high butyltins concentrations. The resuspension of butyltins is noted in the last maturation ponds, characterized by shallow depth, which may be due to re-thermal stratification. At the outlet, despite significant butyltin removal, concentrations in butyltins remain high (12 to 228 and 1.8 to 15 ng (Sn). L-1, respectively for Montbazin and Gigean).Laboratory batch experiments were conducted to study sorption processes following several experimental protocols. It was thus shown that: (1) the distribution of the butyltin species between solid and liquid phases is different from one test to another according to the operating conditions; (2) the affinity between butyltins and bottom sludge is important, regardless of its provenance. 98% of the butyltins are found in the solid phase, due to their hydrophobicity. The TBT sludge-water partition coefficient is higher than that obtained for other type of solid phases (75000 L.kg-1); (3) the process of sorption is fast.Moreover processes of sorption, desorption and dealkylation of TBT, explaining changes in concentrations of MBT and DBT in the solid phase were identified. Desorption of TBT is fast. It degrades in the liquid phase in DBT which part turns into MBT. The sorption of MBT on sludge has been systematically measured. Therefore, the sorption phenomenon is not completely reversible over time. These results help to explain the dysfunctions observed in WSP, for example after direct inputs of rainwater.This thesis shows the systematic presence of butyltin in waste stabilization pond treatment plants. In-situ data coupled with laboratory tests allow to understand the behaviour of these compounds during this treatment: the solid fraction plays a key role in the processes of sorption-desorption-(bio) degradation of butyltins.

L’objectif de ce travail de thèse est d’évaluer le degré de contamination des différents compartiments du site de la décharge d’Étueffont à savoir : les lixiviats, les sédiments, l’eau souterraine, les poissons, les insectes et les microorganismes de la décharge d’Étueffont. Ce travail de recherche est structuré en neuf chapitres.Après une première partie (Part I) consacrée à une étude bibliographique, le deuxième chapitre (Part II) présente le site d’étude, c’est-à-dire l’installation de stockage de déchets non dangereux(ISDND) d’Étueffont. La troisième partie (Part III) est consacrée à l’analyse de la qualité des lixiviats dans les lagunes, les unités de stockage des déchets « Nouveau casier », « Sous casier », « Ancienne décharge », les ruisseaux du gros Pré et Mont Bonnet. La quatrième partie (Part IV) intitulée « Contamination métallique des sédiments du site de la décharge d’Étueffont », aborde l’étude de la variation spatiotemporelle des éléments traces métalliques au niveau des lixiviats et des sédiments dans les quatre lagunes du site de la décharge d’Étueffont. Afin de déterminer le degré de contamination métallique des lixiviats et des sédiments, nous avons procédé à un suivi de certains éléments localisés en amont, au milieu et en aval de chaque lagune avec un pas d’échantillonnage trimestriel entre octobre 2013 et avril 2016. La cinquième partie (Part V), complémentaire du chapitre précédent, définit plus précisément la distribution spatiale du panache à travers l’analyse de la qualité de l’eau souterraine au moyen de piézomètres. La sixième partie (Part VI) concerne les effets des métaux lourds sur les échanges gazeux et la fluorescence des chlorophylles chez (Typha latifolia). Le septième chapitre (Part VII) est consacré à l’étude des microorganismes de la décharge d’Etueffont : apport de la cytométrie en flux. Dans le huitième chapitre (Part VIII), nous aborderons l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques dans le Chironome Chironomus riparius. La dernière partie (Part IX) intitulée « Étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau des différents organes du gardon Rutilus rutilus», aborde l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau de différents organes (muscle, foie, arêtes et branchies). / The objective of this thesis work is to estimate the contamination level in the various compartments of the Étueffont discharge site namely: leachates, sediments, groundwater, fishes and insects. The microorganisms (< 10 µm) of the Étueffont discharge of were investigated at the single cell level by flow cytometry. This research work is structured in nine chapters.The first part (Part I), is dedicated to a literature review. Part II presents the study site, the storage of non-hazardous waste (ISDND) at Étueffont. Part III is dedicated to the analysis of leachate quality in lagoons, NC, SC, AD, MB and GP. Part IV addresses "Metal Sediment Contamination of Étueffont discharge site" It concerns the study of spatial and temporal variation of trace metals in leachate and sediment in the four lagoons landfill site of Étueffont. To determine the metal contamination level in leachate and sediment, we conducted follow-elements located upstream, middle and downstream in each lagoon with quarterly sampling between October 2013 and April 2016. Part V complements the previous chapter, by specifically defining the spatial distribution of the plume through the quality analysis of the piezometer groundwater. Part VI addresses the heavy metals impacts on gas exchange and chlorophyll fluorescence in (Typha latifolia). Part VII is dedicated to the microorganisms (<10 µm) investigation in the Étueffont discharge: by using flow cytometry. In the (Part VIII), we addressed the study of bioaccumulation of trace metallic elements (Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd and Pb) in insect Chironomus riparius. Part IX entitled "Study bioaccumulation of trace metals in the various organs of roach Rutilus rutilus" concerns bioaccumulation of trace metals in different organs (muscle, liver, bones and gills) of this fish.