La contamination métallique dans l'environnement est l'un des problèmes mondiaux persistants car non seulement elle perturbe la qualité de l'environnement, mais aussi l'environnement et la santé humaine. La principale contribution à ce problème se pose principalement des activités anthropiques telles que les industries. La rareté de métal est devenu plus sévère récents où certains éléments ont été prédit pour être pleinement éradiquée depuis plusieurs décennies de la croûte terrestre. Récemment, des chercheurs ont concentré leur attention pour récupérer ces métaux dans le flux des déchets et de la réutiliser dans les processus de production industrielle. L'utilisation des déchets agricoles comme adsorbant potentiel à faible coût pour l'enlèvement des métaux lourds des eaux usées est une des technologies les plus polyvalents. Dans cette étude entre les différents adsorbants testés, coquille d'arachide établi rendements d'épuration élevés avec moins d'exigences pour un traitement ultérieur de poste pour le Cu, Pb et Zn retrait. En outre, les expériences de lots sur les principaux effets des paramètres du procédé (pH, adsorbant dosage, temps de contact et de la concentration initiale de métal) ont montré un effet majeur sur l'absorption des métaux et de l'efficacité de l'enlèvement. Pour la régénération matériau, HCl 0.2 M était la solution de désorption la plus efficace qui ne altère pas l'efficacité, jusqu'à trois cycles d'adsorption et de désorption. L'utilisation de bactéries réductrices de sulfate (SRB) dans des bioréacteurs est une autre technologie qui peut être appliqué pour le traitement de métal contaminé les eaux usées. Le SRB réduire le sulfate en sulfure, qui réagit en outre avec des métaux pour former des précipités de sulfures métalliques. Le lit fluidisé (IFB) bioréacteur inverse est la configuration qui présente la proéminence en utilisant la technologie de SRB pour le traitement des eaux usées métalliques contaminés. Deux bioréacteurs IFB ont été opérés à différents pH (7.0 et 5.0). L'activité de SRB à pH 7.0 était plus élevée qu'à un pH de 5.0, ce qui montre que le pH est le principal facteur qui affecte SRB. Cependant, le thiosulfate a montré une efficacité supérieure à celle du sulfate en tant qu'accepteur d'électrons alternatif. Le sulfure produit en utilisant du thiosulfate comme accepteur d'électrons était 157.0 mg / L, tandis que seulement 150.2 mg / L a été produit en utilisant du sulfate et il a fallu une période d'adaptation à un pH de 5.0 avant la réussite de l'opération. En outre, l'IFB a montré sa grande efficacité pour le Cu, Ni et Zn élimination des eaux usées synthétique. L'élimination de Cu et Zn étaient plus de 90% à pH 7.0 et 5.0, à une concentration initiale de métal de 25 mg / L. D'autre part, l'élimination de Ni ne était pas éliminé à une concentration initiale de 25 mg / L comme il a montré des effets toxiques à l'égard SRB. Il existe différents types de flux de déchets contaminés par des métaux qui se présentent comme un bon candidat pour la récupération des métaux comprennent e-déchets. Cet e-déchets a un fort potentiel en tant que source secondaire de métal pour récupérer les métaux en particulier base tels que Cu, Ni et Zn. Cartes de circuits imprimés (PCB) d'ordinateurs personnels ont été évalués comme source secondaire potentielle de Cu, Ni et Zn en utilisant des méthodes de précipitation hydrométallurgiques et de sulfure. Les conditions optimales pour la lixiviation des métaux étaient de 0.1 M HNO3 avec un rapport liquide solide de 20 à l'aide de PCB de 0.5 - taille des particules de 1.0 mm à 60 ° C qui a abouti à 400 mg Cu / g PCB. Avec la précipitation de sulfure à un rapport stoechiométrique de 1: 1 (Cu: S2-), la récupération de Cu a été très efficace jusqu'à 90% de la solution de lixiviation a représenté à environ 0.41 g Cu / g BPC, tout en Ni et Zn étaient récupération 40 % et 50% pour les lixiviats d'une colonne à courant ascendant de lixiviation, respectivement / Metal contamination in the environment is one of the persisting global issues since it not only disturbs the environmental quality but also the environment and human health. The major contribution to this problem arises mainly from anthropogenic activities such as industries. Metal scarcity has become more severe lately where some elements have been predicted to be fully eradicated in several decades from the earth crust. Recently, researchers have focused their attention to recover these metals from the waste stream and reuse it in industrial production processes. The use of agricultural wastes as a potential low cost adsorbent for heavy metal removal from wastewater is one of the most versatile technologies. In this study among the different adsorbents tested, groundnut shell established high removal efficiencies with fewer requirements for further post treatment for Cu, Pb and Zn removal. Furthermore, the batch experiments on the main effects of process parameters (pH, adsorbent dosage, contact time and initial metal concentration) showed a major effect on metal uptake and removal efficiency. For material regeneration, 0.2 M HCl was the most effective desorbing solution that did not alter the efficiency, up to three cycles of adsorption and desorption. The use of sulfate reducing bacteria (SRB) in bioreactors is another technology that can be applied for the treatment of metal contaminated wastewater. The SRB reduce sulfate into sulfide which further reacts with metals to form metal sulfide precipitates. The inverse fluidized bed (IFB) bioreactor is the configuration which shows prominence in utilizing SRB technology for metal contaminated wastewater treatment. Two IFB bioreactors were operated at different pH (7.0 and 5.0). The sulfate reducing activity (SRA) at pH 7.0 was higher than at pH 5.0, which shows that pH is the main factor that affects SRA. However, thiosulfate showed a higher efficiency than sulfate as an alternate electron acceptor. The sulfide produced using thiosulfate as the electron acceptor was 157.0 mg/L, while only 150.2 mg/L was produced using sulfate and it required an adaptation period at pH 5.0 prior to successful operation. Moreover, the IFB had shown its high efficiency for Cu, Ni and Zn removal from synthetic wastewater. The removal of Cu and Zn were more than 90% at pH 7.0 and 5.0, at an initial metal concentration of 25 mg/L. On the other hand, Ni removal was not removed at an initial concentration of 25 mg/L as it showed toxic effects toward SRB. There are various types of metal contaminated waste streams which pose as a good candidate for metal recovery include electronics waste (e-waste). This e-waste has a high potential as secondary source of metal to recover especially base metals such as Cu, Ni and Zn. Printed circuit boards (PCBs) of personal computers were evaluated as the potential secondary source of Cu, Ni and Zn using hydrometallurgical and sulfide precipitation methods. The optimal conditions for metal leaching were 0.1 M HNO3 with a liquid to solid ratio of 20 using PCBs of 0.5 - 1.0 mm particle size at 60 °C which resulted in 400 mg Cu/g PCBs. With sulfide precipitation at a stochiometric ratio of 1:1 (Cu:S2-), the recovery of Cu was very effective up to 90% from the leachate which accounted to approximately 0.41 g Cu/g PCBs, while Ni and Zn recovery were 40% (0.005 g Ni/g PCBs) and 50% (0.006 g Zn/g PCBs) for leachate from an upflow leaching column, respectively. This indicates Cu can be recovered from PCBs using sulfide precipitation

La contamination métallique dans l'environnement est l'un des problèmes mondiaux persistants car non seulement elle perturbe la qualité de l'environnement, mais aussi l'environnement et la santé humaine. La principale contribution à ce problème se pose principalement des activités anthropiques telles que les industries. La rareté de métal est devenu plus sévère récents où certains éléments ont été prédit pour être pleinement éradiquée depuis plusieurs décennies de la croûte terrestre. Récemment, des chercheurs ont concentré leur attention pour récupérer ces métaux dans le flux des déchets et de la réutiliser dans les processus de production industrielle. L'utilisation des déchets agricoles comme adsorbant potentiel à faible coût pour l'enlèvement des métaux lourds des eaux usées est une des technologies les plus polyvalents. Dans cette étude entre les différents adsorbants testés, coquille d'arachide établi rendements d'épuration élevés avec moins d'exigences pour un traitement ultérieur de poste pour le Cu, Pb et Zn retrait. En outre, les expériences de lots sur les principaux effets des paramètres du procédé (pH, adsorbant dosage, temps de contact et de la concentration initiale de métal) ont montré un effet majeur sur l'absorption des métaux et de l'efficacité de l'enlèvement. Pour la régénération matériau, HCl 0.2 M était la solution de désorption la plus efficace qui ne altère pas l'efficacité, jusqu'à trois cycles d'adsorption et de désorption. L'utilisation de bactéries réductrices de sulfate (SRB) dans des bioréacteurs est une autre technologie qui peut être appliqué pour le traitement de métal contaminé les eaux usées. Le SRB réduire le sulfate en sulfure, qui réagit en outre avec des métaux pour former des précipités de sulfures métalliques. Le lit fluidisé (IFB) bioréacteur inverse est la configuration qui présente la proéminence en utilisant la technologie de SRB pour le traitement des eaux usées métalliques contaminés. Deux bioréacteurs IFB ont été opérés à différents pH (7.0 et 5.0). L'activité de SRB à pH 7.0 était plus élevée qu'à un pH de 5.0, ce qui montre que le pH est le principal facteur qui affecte SRB. Cependant, le thiosulfate a montré une efficacité supérieure à celle du sulfate en tant qu'accepteur d'électrons alternatif. Le sulfure produit en utilisant du thiosulfate comme accepteur d'électrons était 157.0 mg / L, tandis que seulement 150.2 mg / L a été produit en utilisant du sulfate et il a fallu une période d'adaptation à un pH de 5.0 avant la réussite de l'opération. En outre, l'IFB a montré sa grande efficacité pour le Cu, Ni et Zn élimination des eaux usées synthétique. L'élimination de Cu et Zn étaient plus de 90% à pH 7.0 et 5.0, à une concentration initiale de métal de 25 mg / L. D'autre part, l'élimination de Ni ne était pas éliminé à une concentration initiale de 25 mg / L comme il a montré des effets toxiques à l'égard SRB. Il existe différents types de flux de déchets contaminés par des métaux qui se présentent comme un bon candidat pour la récupération des métaux comprennent e-déchets. Cet e-déchets a un fort potentiel en tant que source secondaire de métal pour récupérer les métaux en particulier base tels que Cu, Ni et Zn. Cartes de circuits imprimés (PCB) d'ordinateurs personnels ont été évalués comme source secondaire potentielle de Cu, Ni et Zn en utilisant des méthodes de précipitation hydrométallurgiques et de sulfure. Les conditions optimales pour la lixiviation des métaux étaient de 0.1 M HNO3 avec un rapport liquide solide de 20 à l'aide de PCB de 0.5 - taille des particules de 1.0 mm à 60 ° C qui a abouti à 400 mg Cu / g PCB. Avec la précipitation de sulfure à un rapport stoechiométrique de 1: 1 (Cu: S2-), la récupération de Cu a été très efficace jusqu'à 90% de la solution de lixiviation a représenté à environ 0.41 g Cu / g BPC, tout en Ni et Zn étaient récupération 40 % et 50% pour les lixiviats d'une colonne à courant ascendant de lixiviation, respectivement / Metal contamination in the environment is one of the persisting global issues since it not only disturbs the environmental quality but also the environment and human health. The major contribution to this problem arises mainly from anthropogenic activities such as industries. Metal scarcity has become more severe lately where some elements have been predicted to be fully eradicated in several decades from the earth crust. Recently, researchers have focused their attention to recover these metals from the waste stream and reuse it in industrial production processes. The use of agricultural wastes as a potential low cost adsorbent for heavy metal removal from wastewater is one of the most versatile technologies. In this study among the different adsorbents tested, groundnut shell established high removal efficiencies with fewer requirements for further post treatment for Cu, Pb and Zn removal. Furthermore, the batch experiments on the main effects of process parameters (pH, adsorbent dosage, contact time and initial metal concentration) showed a major effect on metal uptake and removal efficiency. For material regeneration, 0.2 M HCl was the most effective desorbing solution that did not alter the efficiency, up to three cycles of adsorption and desorption. The use of sulfate reducing bacteria (SRB) in bioreactors is another technology that can be applied for the treatment of metal contaminated wastewater. The SRB reduce sulfate into sulfide which further reacts with metals to form metal sulfide precipitates. The inverse fluidized bed (IFB) bioreactor is the configuration which shows prominence in utilizing SRB technology for metal contaminated wastewater treatment. Two IFB bioreactors were operated at different pH (7.0 and 5.0). The sulfate reducing activity (SRA) at pH 7.0 was higher than at pH 5.0, which shows that pH is the main factor that affects SRA. However, thiosulfate showed a higher efficiency than sulfate as an alternate electron acceptor. The sulfide produced using thiosulfate as the electron acceptor was 157.0 mg/L, while only 150.2 mg/L was produced using sulfate and it required an adaptation period at pH 5.0 prior to successful operation. Moreover, the IFB had shown its high efficiency for Cu, Ni and Zn removal from synthetic wastewater. The removal of Cu and Zn were more than 90% at pH 7.0 and 5.0, at an initial metal concentration of 25 mg/L. On the other hand, Ni removal was not removed at an initial concentration of 25 mg/L as it showed toxic effects toward SRB. There are various types of metal contaminated waste streams which pose as a good candidate for metal recovery include electronics waste (e-waste). This e-waste has a high potential as secondary source of metal to recover especially base metals such as Cu, Ni and Zn. Printed circuit boards (PCBs) of personal computers were evaluated as the potential secondary source of Cu, Ni and Zn using hydrometallurgical and sulfide precipitation methods. The optimal conditions for metal leaching were 0.1 M HNO3 with a liquid to solid ratio of 20 using PCBs of 0.5 - 1.0 mm particle size at 60 °C which resulted in 400 mg Cu/g PCBs. With sulfide precipitation at a stochiometric ratio of 1:1 (Cu:S2-), the recovery of Cu was very effective up to 90% from the leachate which accounted to approximately 0.41 g Cu/g PCBs, while Ni and Zn recovery were 40% (0.005 g Ni/g PCBs) and 50% (0.006 g Zn/g PCBs) for leachate from an upflow leaching column, respectively. This indicates Cu can be recovered from PCBs using sulfide precipitation

Cupriavidus metallidurans CH34 est une béta-protéobactérie, résistante aux métaux lourds, isolée des sédiments d'une usine de métallurgie non-ferreuse en Belgique. Le génome de cette bactérie contient un chromosome (3.6 Mb), un mégaplasmide (2.6 Mb) et deux plasmides pMOL28 (171 kb) et pMOL30 (234 kb) déjà connus pour porter des gènes de résistance aux métaux lourds. Nous avons d'abord fait le catalogue des gènes impliqués dans la résistance aux métaux lourds et, ensuite, cherché à mesurer leur expression par deux approches transcriptomiques : RT-PCR et puces à ADN. L'analyse du génome montre au moins 170 gènes relatifs à la résistance aux ions métalliques localisés sur les 4 réplicons, principalement sur les deux plasmides. Ces gènes codent essentiellement pour des systèmes d'efflux tel que les HME-RND (transport chimioosmotique avec flux de protons à contresens), les ATPases de type P ou encore pour le système de résistance aux ions Cu(II). Dans le génome de C. metallidurans, nous avons identifié 13 opérons qui codent pour des systèmes HME-RND, seuls trois, localisés sur les plasmides, sont surexprimés en présence de métaux lourds. Huit gènes codent pour des ATPases de type P, dont deux appartiennent à une classe dont les substrats ne sont pas métalliques. Deux ATPases appartiennent à une famille spécialisée pour l'efflux du Cu(II) et les quatre autres à une autre grande famille impliquée dans l'efflux des ions Cd(II), Pb(II) et Zn(II). Les analyses transcriptomiques montrent la surexpression des deux premières classes d'ATPases P en présence des métaux lourds. La mutagenèse du gène zntA (mégaplasmide), codant pour l'une des ATPases, provoque une diminution de la viabilité en présence de Zn(II), Cd(II) et dans une moindre mesure de Pb(II), Tl(I) et Bi(III). Sur pMOL30, la résistance au cuivre implique un groupe de 19 gènes cop codant pour la résistance au cuivre au niveau du périplasme et du cytoplasme, et vraisemblablement pour une forme de stockage du cuivre essentiel. Ces 19 gènes sont surexprimés en présence de cuivre, mais une quinzaine de gènes proches semblent aussi requis pour une expression optimale de la résistance au cuivre. L'annotation des plasmides a mis en évidence la parenté du plasmide pMOL28 avec le plasmide pHG1 (hydrogénotrophie, fixation du CO2) de C. eutrophus H16 et le plasmide pSym (fixation de l'azote) de C. taiwanensis, et chez pMOL30, la présence de deux îlots génomiques concentrant la plupart des résistances aux métaux lourds. Les puces montrent la surexpression de 83 sur 164 gènes dans pMOL28, et de 143 sur 250 gènes dans pMOL30. Elles montrent aussi que les gènes présents sur les deux plasmides sont davantage surexprimés que ceux localisés sur les deux mégaréplicons. Parmi les gènes surexprimés les plus intéressants du plasmide pMOL30, il faut mentionner des transposases tronquées et des gènes impliqués dans la synthèse des membranes (glycosyltransférases). L'analyse de l'expression des gènes plasmidiens de résistance aux métaux lourds montre la surexpression en présence de plusieurs ions métalliques ajoutés indépendamment et pas seulement par les substrats métalliques de ces opérons, ce qui suggère l'intervention de deux types de régulation dont les gènes correspondants sont aussi localisés sur le chromosome et le mégaplasmide. Ce travail met en évidence la spécialisation de la bactérie dans la réponse à un grand spectre de concentrations de métaux lourds, jusqu'à la limite majeure de la toxicité observée pour les bactéries mésophiles hétérotrophes. Cette spécialisation correspond bien aux biotopes industriels de divers continents dans lesquels on l'a trouvée.

L'objectif principal était de développer un outil de formulation dédié à l'inertage des déchets par des liants minéraux (laitiers, fondus, portland..) pour un stockage en décharge classée ou pour valorisation sous la forme d'Eco-matériaux. Deux voies de recherches se sont déroulées en parallèle, d'une part la caractérisation multi-échelles du 'composite liant/déchet' pour qualifier l'efficacité de l'inertage,d'autre part, la mesure des propriétés rhéologiques et mécaniques du 'composite liant/déchet' pour mieux cibler son domaine d'emploi. Il est apparu rapidement que pour fonder l'outil de formulation, une description fine du réseau poreux obtenu (diamètre et connectivité des capillaires, distribution de taille et morphologie des pores) associée à une étude des microstructures formées seraient impératives. Pour ce faire des expériences multi-échelles à caractère novateur ont été mises en place (ICP-OES couplée avec de la conductimètrie, cartographie MEB) et appliquées à 8 couples liant/ polluant. Elles ont confirmé une intégration des polluants sous diverses formes microstructurales dans de nouveaux composés Pour mieux prédire les cinétiques de rejet, dans le cadre d'une mise en décharge, les lois classiques de diffusion ont été revisitées sur une période d'étude de [3min-24mois] et les coefficients de diffusion de Fick ont été calculés globalement ou par partie.

Les Kazakhs sont des consommateurs traditionnels de lait d'espèces non-conventionnelles comme la chamelle. Pour autant, les régions d'élevage camelin dans ce pays, bien que basées sur un mode extensif et un accès à des ressources naturelles, n'en sont pas moins fragilisées par les risques de pollution, l'environnement du pays étant affectées par la présence de métaux lourds, pesticides et radionucléides. L'objectif de la thèse a été (a) d'évaluer l'impact de cette pollution sur la qualité du lait de chamelle et du shubat (lait fermenté), et (b) d'évaluer les capacités de détoxification des produits laitiers.Pour aborder la question de l'impact de la pollution, plusieurs niveaux d'analyses ont été mis en œuvre:(i) A l'échelle régionale, des cartes d'indice de pollution ont été établies autour de 13 fermes de zones polluées (Almaty, Sud Kazakhstan, Atyraou et Kyzylorda) afin de comparer le niveau de pollution des différentes matrices (sol, eau, plante) selon la distance aux sources de pollution.(ii) A l'échelle des matrices environnementales (sol, plante, eau), deux métaux lourds majeurs (Pb et Cd) ont été déterminés dans les échantillons de sols (7,76-131,08 ppm et 0,08-0,39 ppm, respectivement), l'eau (Pb entre 5,9-13,6 ppm et Cd 0,05-0,25 ppm), les plantes (0,50-2,30 ppm et >0,05-0,56 ppm, respectivement). Un lien entre indice de pollution et métaux dans les sols a été observé, montrant l'impact de la proximité et de la nature des sources de polluants sur la contamination des sols. On observe également une corrélation étroite entre teneur en Pb et Cd au sein des différentes matrices. Cependant, les teneurs dans le sol sont indépendantes des teneurs dans l'eau ou les plantes. Les teneurs en pesticides dans l'eau sont inférieures à celles des normes internationales. Dans les fourrages, le DDT et ses dérivés ont été plus élevés que dans le sol. Cela signifie que les résidus de pesticides peuvent être également d'origine atmosphérique et donc inhalés par les animaux(iii) Dans le lait et le shubat, la concentration en métaux lourds dans cinq régions (Almaty, Atyraou, Kyzylorda, Taraz et Sud Kazakhstan) a été en moyenne faible en Cu (< 0,05 ppm), normale en Zn (près de 5 ppm) et Cd, mais un peu élevée pour Pb. Nos résultats ont été relativement élevés pour le DDT total dans le lait de toutes les régions sauf Kyzylorda et supérieurs pour le HCH total dans le lait des régions d'Almaty et d'Atyraou.(iv) Les relations entre environnement et lait ont été testées montrant l'absence de lien entre contamination de l'environnement en métaux lourds et celle du lait et shubat. Aucune relation non plus n'a été observée pour les pesticides, à l'exception du lindane et 4,4-DDD.Pour tester l'effet détoxifiant, il a été procédé en deux étapes. D'abord l'isolement et l'identification des souches de bactéries lactiques (BAL) du shubat afin de tester leur capacité à fixer Pb et Cd. Au total, 138 souches ont été isolées à partir de 25 échantillons laitiers. Une étude qualitative pour détecter la capacité des BAL à fixer les métaux lourds a été réalisée. Parmi 118 souches testées, seules 5,1% d'entre elles n'ont poussé ni sur Pb ni sur Cd, 36 % ayant eu la capacité de fixer Pb ou Cd, et 9% les deux. Les 52 souches montrant les meilleurs résultats ont été retenues pour identification par des méthodes moléculaires (rRNA16S). Selon les résultats de séquençage, la plupart de souches étaient de genre Enterococcus et Lactobacillus, secondairement Lactococcus et Leuconostoc.Dans un second temps, un test physiologique (in vivo) a été réalisé sur 80 cobayes divisés en 8 groupes traités par le Pb et des souches de BAL. La quantité de Pb dans les fèces des groupes traités par le lait fermenté ayant contenu ou pas du Pb était relativement élevé par rapport aux groupes témoin et celui recevant de l'eau enrichie de Pb (groupe EauPb). La distribution du Pb dans les organismes de cobayes du groupe EauPb s'est révélée dans l'ordre croissant: rate / The Kazakh people are traditional consumers of milk from non-conventional species like camel. However, the camel-rearing areas in this country, although based on an extensive mode and an access to natural resources, are affected by the risks of pollution, the environment of the country being affected by the presence of heavy metals, pesticides and radionuclides. The objective of the thesis was (a) to evaluate the impact of this pollution on the quality of the camel milk and shubat (fermented milk), and (b) to evaluate the abilitiy of detoxification by the dairy products. To answer to the question of the impact of pollution, several levels of analyses were implemented:(i) At the regional level, maps of pollution index were established around 13 farms from polluted zones (Almaty, Southern Kazakhstan, Atyraou and Kyzylorda) in order to compare the level of pollution of the various matrices (soil, water, plant) according to the distance to the polluting sources.(ii) On environmental matrix level (soil, plant, water), two major heavy metals (Pb and Cd) were determined in the soil (7,76-131,08 ppm and 0,08-0,39 ppm, respectively), water (Pb 5,9-13,6 ppm and Cd 0,05-0,25 ppm), the plants (0,50-2,30 ppm and >0,05-0,56 ppm, respectively) samples. A correlation between pollution index and metals in soils was observed, showing the impact of the proximity and the nature of the polluting sources on the contamination of the soils. A close correlation between Pb and Cd content within the various matrices was also observed. However, the contents in the soil were independent of the contents in water or plants. The contents of pesticides in water were lower than those of the international standards. In fodder, the DDT and its derivatives were higher than in the soil. That means that the pesticides residues can be also of atmospheric origin and thus inhaled by the animals(iii) In milk and shubat, the heavy metal concentration in five areas (Almaty, Atyraou, Kyzylorda, Taraz and Sud Kazakhstan) was on average low in Cu (< 0,05 ppm), normal for Zn (nearly 5 ppm) and Cd, but a little high for Pb. Our results were relatively high for the total DDT in the milk of all the areas except Kyzylorda and superiors for the total HCH in the milk of Almaty and Atyraou areas.(iv) The relations between environment and milk were tested showing the absence of link between environmental contamination of the heavy metals and that of milk and shubat. No relation either was observed for the pesticides, except for lindane and 4,4-DDD.To test the detoxification effect, it was proceeded in two stages: initially the isolation and identification of the strains of lactic bacteria (LAB) of the shubat in order to test their capacity to fix Pb and Cd. On the whole, 138 strains were isolated starting from 25 dairy samples. A qualitative study to detect the capacity of the LAB to fix heavy metals was carried out. Among 118 tested strains, only 5.1% of them pushed neither on Pb nor on Cd, 36% having had the capacity to fix Pb or Cd, and 9% both. The 52 strains showing the best results were retained for identification by molecular methods (rRNA16S). According to results' of sequencing, the majority of strains were of genus Enterococcus and Lactobacillus, secondarily Lactococcus and Leuconostoc. In the second time, a physiological test (in vivo) was carried out on 80 guinea-pigs divided into 8 groups treated by strains of LAB containing or not some Pb. The quantity of Pb in feces of the groups treated by fermented milk having contained or not Pb was relatively high compared to the reference groups and that receiving from the water enriched by Pb (WaterPb group). The distribution of Pb in the organes of guinea-pigs of the WaterPb group appeared in the ascending order: spleen> blood> heart> lungs> liver> kidneys. There was no significant correlation between organs.The results obtained on the identification of the isolated strains, gave the possibilities of studying

L'entretien des voies navigables nécessite le curage régulier des cours d'eau. Dans les environnements industriels et miniers, les sédiments peuvent être contaminés par divers polluants. Dans le cas où ces derniers s'avèrent être mobiles, l'entreposage des sédiments de curage peut présenter un risque pour l'environnement. Cette étude a porté sur la caractérisation de la mobilité des métaux et des métalloïdes dans les sédiments mis en dépôt. Dans un premier temps, elle a été menée à l'échelle du laboratoire où des essais de lixiviation, en batch et en colonne, ont mis en évidence que le zinc et le cadmium sont mobilisables. L'interprétation des données a permis de déterminer les principales phases et les mécanismes (dissolution cinétique, échange ionique) susceptibles de contrôler la solution. Ces hypothèses ont permis d'élaborer un système simplifié du sédiment étudié qui, intégré aux codes géochimiques CHESS et HYTEC, a permis de reproduire l'ensemble des essais expérimentaux. La modélisation a souligné le rôle majeur du calcium en solution, sur la mobilité des métaux disponibles sous forme échangeable (Zn, Cd et Mn). La mobilité des contaminants inorganiques a également été appréhendée à l'échelle du terrain. Le site étudié contient des sédiments, fortement contaminés, mis en dépôt il y a 30 ans. Cette étape a consisté à caractériser les interactions eau/sédiment au sein du matériel entreposé, notamment par des calculs de spéciation. Puis la dissémination des métaux (Pb, Zn et Cd) vers les couches et l'aquifère sous-jacents au dépôt a été évaluée. Pour cela, des essais de sorption ont été réalisés et un suivi de la qualité des eaux de la nappe de la Craie a été mis en place autour et sous le site. Cette phase a été complétée par une phase de modélisation hydrogéochimique: en prenant en compte les écoulements en zone saturée et non saturée et les mécanismes géochimiques tels la précipitation et l'échange ionique, il a été possible d'évaluer que les temps de transfert des métaux, entre le dépôt contaminé et l'aquifère de la Craie, sont très lents. Ceci s'explique, notamment, par un pouvoir de rétention important des couches sous-jacentes au dépôt. Cette étude a montré qu'après leur mise en dépôt, les sédiments sont susceptibles de libérer les métaux qu'ils contiennent. Ces métaux, sont rapidement immobilisés sous forme secondaires telles les sulfates, les carbonates, les oxydes mais également sous forme échangeable. Ce mécanisme de rétention est réversible, l'immobilisation des métaux n'est donc pas définitive, mais il contribue cependant à retarder la dissémination des métaux dans l'environnement. Ainsi, à l'heure actuelle, aucune pollution de la nappe phréatique n'a été observée suite à la mise en dépôt de ces sédiments, même fortement contaminés.

Le sélénium (Se) est un élément chalcogène avec un domaine de concentration étroit entre essentialité et toxicité. La toxicité est principalement liée à la spéciation chimique du Se qui évolue en fonction des conditions redox du milieu. Les formes oxyanioniques de Se, le sélénite (Se [IV], SeO32-) et le séléniate (Se [VI], SeO42-), sont solubles dans l'eau, biodisponibles et toxiques. En revanche, le sélénium élémentaire, Se(0), est insoluble et moins toxique. Néanmoins, les nanoparticules du Se(0) sont potentiellement dangereuses pour certains groupes des mollusques (comme les bivalves) et aussi pour les poissons. En outre, lorsque le Se(0) est rejeté dans les écosystèmes aquatiques, sa ré-oxydation jusqu'au sélénite et séléniate peut se produire. Le sélénium élémentaire d'origine biogénique Se(0) a été produit par la réduction de SeO42- dans des conditions anaérobies en utilisant un inoculum microbien mixte (boues granulaires) et par la réduction de SeO32- dans des conditions aérobies en utilisant une culture bactérienne pure (une nouvelle souche de Pseudomonas moraviensis identifiée et caractérisée pour la première fois dans cette thèse). Les deux types de Se(0) ont montré une forte stabilité colloïdale dans l'écart de pH variant de 2 à 12. La stabilité colloïdale est due à la charge négative (-15 mV à -30 mV) de la couche de biopolymère qui entoure Se(0) et à la taille nanométrique des particules de Se(0). La taille des particules de Se(0) produite par la boue anaérobie granulaire se situait entre 50 et 300 nm, avec une taille moyenne de 166 nm. A l'inverse, les nanoparticules de Se(0) produites par Pseudomonas moraviensis stanleyae sont caractérisées par un diamètre plus faible (~ 100 nm).Compte tenu des risques pour l'environnement engendrés par le relargage du Se(0) biogénique, des mesures appropriées doivent être mises en œuvre pour la séparation solide-liquide en utilisant une technologie efficace. Le potentiel de séparation solide-liquide de Se(0) généré a été évaluée par centrifugation, filtration, coagulation-floculation et électrocoagulation. Alors que toutes les approches présentent des rendements de séparation de Se(0) variables, l'électrocoagulation en utilisant des électrodes sacrificielles de fer a montré l'efficacité d'élimination le plus élevée (97%) / Selenium (Se) is a chalcogen element with a narrow window between essentiality and toxicity. The toxicity is mainly related to the chemical speciation that Se undergoes under changing redox conditions. Se oxyanions, namely selenite (Se[IV], SeO32-) and selenate (Se[VI], SeO42-), are water-soluble, bioavailable and toxic. In contrast, elemental selenium, Se(0), is solid and less toxic. Nevertheless, Se(0) nanoparticles are potentially harmful as particulate Se(0) has been reported to be bioavailable to filter feeding mollusks (e.g. bivalves) and fish. Furthermore, Se(0) is prone to re-oxidation to toxic SeO32- and SeO42- when discharged into aquatic ecosystems. Biogenic Se(0) under investigation was produced by the reduction of Na2SeO4 under anaerobic conditions using a mixed bacterial inoculum (anaerobic granular sludge) and through the reduction of Na2SeO3 under aerobic conditions using a pure microbial culture (Pseudomonas moraviensis stanleyae, a novel strain identified and characterized for the first time herein). Both types of Se(0) showed strong colloidal stability within the 2-12 pH range. The colloidal stability is caused by the negatively charged (-15 mV to -30 mV) biopolymer layer covering biogenic Se(0) particles and by their nanometer size. The particle size of Se(0) produced by anaerobic granular sludge ranged between 50 and 300 nm, with an average size of 166 nm. Conversely, the Se(0) particles produced by Pseudomonas moraviensis stanleyae are characterized by a lower diameter (~ 100 nm).The solid-liquid separation potential of Se(0) was assessed by centrifugation, filtration, coagulation-flocculation and electrocoagulation. While all approaches can bring about Se(0) removal from suspension with various degrees of success, electrocoagulation using iron sacrificial electrodes showed the highest removal efficiency (97%). Because biogenic Se(0) is harmful to the environment, appropriate measures must be implemented for the solid-liquid separation using an efficient technology

Le projet de thèse concerne l’étude des réseaux de régulation en lien avec l’homéostasie des ions métalliques chez la bactérie à Gram-positif Bacillus subtilis. Les ions métalliques tels que Fe(II), Mn(II) et Zn(II) sont essentiels dans un grand nombre de processus cellulaires entant que cofacteur d’enzymes ou en tant qu’élément structural dans les protéines. Cependant, à trop hautes concentrations, ils peuvent avoir des effets toxiques en endommageant la membrane cellulaire et l’ADN ainsi qu’en inactivant la fonction de certaines protéines. De plus, en condition aérobie, B. subtilis produit du peroxyde d’hydrogène H₂O₂ qui réagit avec les ions Fe(II) pour produire des radicaux libres hautement toxiques pour la cellule. La régulation de l’homéostasie des ions métalliques doit donc être parfaitement régulée et coordonnée avec les autres processus cellulaires. J’essaie de comprendre de façon globale, via des approches expérimentales à grande échelle, les interconnexions entre les régulateurs de l’homéostasie des ions métalliques et autres voies métabolique dans Bacillus subtilis. / The present doctoral thesis concerns the study of the regulatory network linked tometal ions homeostasis in the Gram+ Bacillus subtilis. Metal ions such as Fe(II), Mn(II) andZn(II) are essential for many metabolic processes, since they function as enzyme cofactors andstructural ligands of proteins. Changes in ions availability can alter activity of enzymes of thecarbon metabolism and lead to changes in gene expression. In addition, the modulation of metalion homeostasis is intimately linked with the oxidative stress response: during aerobic growth,hydrogen peroxide is generated and it rapidly reacts with ferrous iron to form ROS molecules.Hence, regulation of metal ions uptake/efflux has to be finely regulated and coordinated with othercellular processes. With the present project, I aim to understand at system’s level how Bacillussubtilis integrates the control of metal ions homeostasis with other metabolic processes.

Ce travail concerne la synthèse, les études des propriétés photophysiques et de complexation des molécules fluorescentes pour la détection sélective de cations toxiques tels que le césium, l'uranyle et l'arsenic. Tout d'abord, deux nouveaux capteurs fluorescents pour le césium, Calix-COU-P et Calix-COU-Benz-CN, comportant le Calix[4]arène-couronne-6 et le fluorophore coumarine ont été synthétisés avec succès. En ce qui concerne le Calix-COU-P, une forte exaltation de fluorescence et un déplacement bathochrome d'absorption ont été observés en présence de césium dans l'eau. Une très bonne limite de détection (0,77 μM) ainsi qu'une excellente sélectivité vis-à-vis du césium ont été observées, démontrant que Calix-COU-P pourrait être un capteur exceptionnel pour la détection de césium dans l'eau. Calix-COU-Benz-CN possède quant à lui des propriétés photophysiques prometteuses dans un milieu partiellement aqueux avec des bandes d'absorption et de fluorescence intenses en visible grâce à la présence des groupements benzothiazole et cyano. L'addition de césium conduit aux déplacements ver le bleu des spectres d'absorption et une augmentation de l'intensité de fluorescence. L'étude de la cinétique de complexation entre Calix-COU-Benz-CN et Cs+ par la technique « stopped-flow » a montré une cinétique rapide à faibles concentrations de cations et une cinétique plus longue à des concentrations élevées (> 10 mM). Calix-COU-Benz-CN a ensuite été incorporé dans un dispositif microfluidique. Une courbe d'étalonnage qui représente l'intensité de fluorescence en fonction de la concentration du césium montre une valeur de limite de détection de l’ordre de 2,0 μM. Deux composés analogues contenant la même entité complexante Calix[4]arène-couronne-6 ont été également synthétisés et greffés sur des nanoparticules magnétiques afin d’obtenir un matériau fonctionnalisé pour la décontamination de l’eau contenant le césium radioactif. L'étude préliminaire montre que les nanoparticules fonctionnalisées pourraient capter efficacement une quantité très faible du césium dans l’eau contaminée. Par la suite, en vue de développer des capteurs pour l’uranyle, une série de dérivés de salicylaldéhyde-azine ont été synthétisés et caractérisés. Leurs propriétés d'émission induites par l'agrégation (AIE) ont été étudiées. Dans un mélange eau/acétonitrile, les composés U1 et U2 présentent une forte fluorescence lors de l'agrégation tandis que le composé U3 ne présente pas cet effet AIE dans la même condition. Grâce aux sites de complexation contenant des atomes d’oxygène et d'azote, ces molécules présentent une complexation efficace avec les ions uranyle et induire une extinction de la fluorescence. Dans notre étude, il était intéressant de noter la présence d’uranyle conduit à une destruction de l'agrégation, en particulier pour la molécule U2 dans un mélange eau / acétonitrile 60:40. L’extinction de l’émission a été expliquée par des processus de destruction d'agrégats émissifs lors de la complexation avec le cation. Le mécanisme proposé a été validé par des expériences de diffusion dynamique de la lumière et de microscopie électronique à balayage. Le composé U2 présente une bonne sélectivité vis-à-vis de l'uranyle en présence des lanthanides et des autres cations compétitifs. Le capteur permet la détection de concentrations de l’ordre ppb en uranyle. Enfin, la synthèse et l'étude de nouveaux capteurs pour la détection de l’arsenic ont également été discutées. Une série de capteurs fluorescents portant l’entité complexante cystéine a été synthétisée et leurs propriétés complexantes pour l'arsenic ont été étudiées. De plus, des nanoparticules d'or modifiées par la cystéine, le glutathion et le dithiothréitol ont été synthétisées. La complexation de l'ion arsenic avec ces nanoparticules a été étudiée et discutée. Une perspective sur le développement de nouveaux capteurs pour l’arsenic a été proposée. / This thesis focuses on the synthesis, photophysical and complexation studies of fluorescent molecules for the selective detection of toxic cations such as cesium, uranyl and arsenic. Firstly, two new fluorescent sensors Calix-COU-P and Calix-COU-Benz-CN for cesium cations based on Calix[4]arene-crown-6 and coumarin fluorophore were successfully synthesized. For Calix-COU-P, a remarkable fluorescence enhancement and a red shift in absorption were observed due to the complexation with cesium cation in water. Good detection limits (0.77 µM) together with an excellent selectivity towards cesium were observed, demonstrating that Calix-COU-P could be an outstanding sensor for the detection of cesium cation in water. Calix-COU-Benz-CN possesses exceptional photophysical properties in an organoaqueous solution with intense visible absorption and emission bands thanks to benzothiazole and cyano groups. The addition of cesium cation to Calix-COU-Benz-CN offered noticeable blue shifts of the absorption spectra and considerably enhanced the emission intensity. The kinetic study of the complexation between Calix-COU-Benz-CN and Cs+ by stopped-flow experiments showed a rapid kinetic at small concentrations of cations and a lower kinetic at higher concentrations (> 10 mM). Calix-COU-Benz-CN was then incorporated into a microfluidic device. The voltage signals, which are proportional to the fluorescence intensity, were monitored continuously at various cesium concentrations. A calibration curve which represents the fluorescence intensity as a function of cesium cation concentration gives a value of detection limit up to 2.0 µM. This value is only slightly higher than the detection limit obtained by fluorescence titration (1.67 µM), which suggests that the microfluidic device is capable to provide good sensitivity towards targeted ion for real-world applications. Furthermore, two analogous compounds Calix-DOP and Calix-DOP-P containing the same complexing entity were also synthesized and grafted onto magnetic nanoparticles in order to obtain a functionalized material for the decontamination of the water containing radioactive cesium. The preliminary study shows that functionalized nanoparticles could efficiently sequester cesium ions from contaminated water.Afterward, to develop new sensors for the detection of uranyl cations, a series of salicylaldehyde azine derivatives have been synthesized and characterized. Their aggregation induced emission properties were studied. In water/acetonitrile solvent, compounds U1 and U2 exhibited strong fluorescence upon aggregation while compound U3 did not aggregate and stayed in solution as well-dispersed molecules. Owning to oxygen and nitrogen binding sites, the molecules could complex uranyl ions and induced fluorescence quenching. In our study, it was interesting to understand that the effect of uranyl was somewhat more destructive rather than constructive to the aggregation. The most obvious quenching effect was observed for the aggregates of U2 in water/acetonitrile 60:40. The emission quenching was explained by aggregate-breaking processes, that the emitting aggregates could be destroyed by the complexation with uranyl cation. The proposed mechanism was further supported by dynamic light scattering and scanning electron microscope experiments. Compound U2 showed good selectivity towards uranyl over lanthanides and other common cations. The sensor could detect uranyl up to ppb scale.Finally, synthesis and studies of new sensors for the detection of arsenic ion were also discussed. A series of fluorescent sensors bearing cysteine moiety was synthesized and their complexing properties for arsenic were studied. Furthermore, gold nanoparticles which were modified by cysteine, glutathione and dithiothreitol were synthesized. The complexation of arsenic ion with these modified gold nanoparticles was studied and discussed. A perspective for further development of arsenic sensors was proposed.

Etude Theorique de la morphologie et energetique des surfaces vicinales de metaux de transition, a l'aide de methodes de structure<br />elecrtonique et de potentiels empiriques. Une attention particuliere<br />est dediee a l'etude de la stabilite des surfaces vicinales vis a vis du facettage.