Le bassin-versant de la Moselle française a été confronté à partir des années 1850 à des problèmes graves de pollution des eaux par l'industrie. Le développement de l'industrie lourde (charbonnages et carbochimie, mines de fer, sidérurgie, chimie du sel) a également entraîné une augmentation de la population qui a considérablement pesé sur la qualité des eaux de surface. L'étude de l'évolution des modalités de gestion de ce problème réalisée à partir de sources d'archives permet d'expliquer l'inefficacité des politiques menées jusqu'aux années 1960. Le consensus industrialiste qui animait une Lorraine traumatisée par l'annexion d'une partie de son territoire accordait aux industriels une certaine immunité, qui profitait aussi de la relative indétermination du statut juridique de la pollution. A partir des années 1950 et face au problème de la pénurie d'eau qui se profilait en Lorraine, des politiques plus vigoureuses furent menées, avec des résultats mitigés. La planification hydrologique menée dans le bassin-versant se fondait sur une fonctionnalisation de la ressource qui permettait de préserver les intérêts des industriels. Dans les années 1970 et surtout 1980, la montée en puissance de la coopération internationale sur les questions environnementales et l'accident Sandoz sur le Rhin (novembre 1986) ont remis en cause le consensus industrialiste et permis une meilleure prise en compte de l'environnement. Le travail développe les concepts de « système régional » et de « mode de construction » d'un problème environnemental, contributions nécessaires pour fonder théoriquement une géographie de l'environnement.

Les retardateurs de flamme halogénés comme les polybromodiphényléthers (PBDE) sont utilisés depuis plusieurs années pour leurs propriétés ignifugeantes dans les produits d'usage courant. Afin de rencontrer les normes de protection des incendies, on retrouve de ces substances dans les textiles, les circuits électroniques, les meubles, etc. Il existe trois formulations techniques de PBDE, soit le penta-BDE, l'octa-BDE et le déca-BDE. Les mélanges penta- et octa-BDE ont été bannis au Canada en 2006. Cependant, le déca-BDE est couramment utilisé comme additif dans nos produits de consommation, quoique certaines restrictions quant à sa production et son utilisation soient à prévoir pour 2013 au Canada. Ces composés bromés présentent plusieurs propriétés inquiétantes, c'est-à-dire leur liposolubilité, leur potentiel de bioaccumulation et de bioamplification et leurs métabolites potentiellement toxiques. Par ailleurs, il a été démontré dans plusieurs études que les PBDEs sont bioaccumulés dans la faune, entre autres, chez les espèces aviaires. Les espèces occupant des niveaux trophiques supérieurs sont plus sensibles à la bioaccumulation de certains de ces contaminants. En ce sens, le goéland à bec cerclé (Larus delawarensis), qui niche sur des îles à l'Est de Montréal et dans une portion du Fleuve Saint-Laurent fortement contaminée par les retardateurs de flammes, est considérablement exposé à ce genre de substances. De plus, cette espèce est omnivore et fréquente les milieux urbains, périurbains, agricoles et les dépotoirs : elle est donc en contact avec une myriade de contaminants. Le but de cette étude était d'expliquer les profils de contamination aux PBDEs chez le goéland à bec cerclé par une nouvelle technologie de géolocation ainsi que par les analyses d'isotopes stables du carbone (δ13C) et de l'azote (δ15N). Le premier objectif était la caractérisation du régime alimentaire par l'isotopie stable dans différents tissus (δ13C et δ15N dans le plasma, les cellules sanguines et le foie) et par la géolocation, permettant une connaissance approfondie des aires d'alimentation visitées par chaque individu. Le second objectif était la compréhension du lien entre le profil de contamination aux PBDEs (plasma et foie), la signature isotopique (plasma et foie) et les aires d'alimentation visitées. Il était attendu que l'utilisation de l'isotopie stable en combinaison avec la géolocation permette d'expliquer les variations intraspécifiques des profils de contamination au sein de cette colonie. L'identification de ces aires a été réalisée par le suivi des oiseaux en nidification (n=23) munis de GPS miniatures (période de 24-30h, précision 5-10m). Selon ces données, les individus ont été classés selon trois habitats d'alimentation principaux : Agricole, fleuve Saint-Laurent et Anthropique (noyau urbain de Montréal, sites d'enfouissement, bassins d'eaux usées). Le ratio δ15N des cellules sanguines était significativement plus bas chez les oiseaux classés dans le milieu Anthropique (p = 0.04), révélant entre autre l'influence de la nourriture transformée. La signature de carbone généralement terrestre a également souligné l'influence du milieu anthropique et agricole dans le comportement alimentaire de cette espèce, pourtant considérée comme piscivore facultative. Également, le ratio C:N (foie) (p = 0.04) et les ratios de la concentration de BDE-209 sur la concentration de BDE-47 (plasma) (p = 0.03) étaient plus élevés chez les oiseaux classés dans l'habitat d'alimentation Anthropique. Une exposition élevée au BDE-209 semble donc être reliée à l'utilisation des milieux anthropiques. En effet, ce congénère est encore aujourd'hui couramment utilisé par l'industrie chimique, contrairement au BDE-47 et BDE-99 qui sont bannis au Canada. Les sources de BDE-209 sont donc principalement industrielles, et son rejet dans l'environnement urbain est constant. Finalement, cette étude a permis de révéler les avenues prometteuses de cette nouvelle approche, soit l'utilisation de l'isotopie stable combinée avec la géolocation comme marqueur d'alimentation et de contamination chez certains individus. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : polybromodiphényléthers, isotopes stables, géolocation, régime alimentaire, Laridés

En Guinée, en plus des pressions humaines, les ressources naturelles subissent les impacts de l'utilisation incontrôlée des espèces exotiques, des OGM, des engrais et des pesticides dans les principaux bassins versants. Le gouvernement et les citoyens sont peu conscients du danger des invasions biologiques et des politiques actuelles de développement. Peu d'études ont été menées dans ce domaine. La présente étude a consisté d'une part, à identifier ces espèces, les impacts, les enjeux de la cogestion des bassins, les connaissances, pratiques et espèces indigènes à utiliser pour leur restauration. D'autre part, à démontrer que contrairement aux pratiques et espèces exotiques actuelles, leur valorisation permet d'enraciner l'action environnementale des citoyens dans la culture, d'améliorer la ressource en eau, l'alimentation des populations, la fixation du bétail, la décontamination des points d'eau et le traitement des eaux et des maladies générées par les projets. Ceci a nécessité l'expérimentation d'une approche participative et interactive d'enquête, fondée sur les pratiques traditionnelles. C'est un jeu social et culturel d'accueil et d'apprivoisement de l'autre au cours du processus participatif. Il a permis de comprendre l'importance du champ culturel des populations autochtones dans la conservation. Celui-ci intègre à la fois le droit, l'éthique, les rapports sociaux, la sagesse populaire, la déontologie, les normes relatives à l'environnement, la science et la sacralité de la vie et de la nature. Les enquêtes réalisées au niveau des aménagements du massif du Foutah Djallon (Dalaba et Pita), considéré comme le château d'eau de l'Afrique de l'Ouest, ont montré que la recherche de la rentabilité et les critères des marchés contribuent à la disparition des forêts et de l'agriculture tropicales à travers l'homogénéisation et la spécialisation de la flore. Ceci a conduit à l'imposition de modèles agricoles et forestiers standardisés qui marginalisent le social, le culturel, la diversité et l'environnement. Les collections exotiques concernent les légumineuses alimentaires, les cultures maraîchères, céréalières, les tubercules, les agrumes et les semences forestières de Pinus, d'Eucalyptus, de Cassia, etc. Ces espèces épuisent les ressources en eau, éliminent la biodiversité et les habitats et répandent des ravageurs et des maladies exotiques telles que la pyriculariose et l'helminthosporiose au niveau des cultures céréalières et la cercosporiose des agrumes qui a détruit plus de la moitié de la production du pays sans prise de mesures d'atténuation. Les enquêtes réalisées auprès des riverains du bassin du barrage de Tinkisso et de sa forêt humide ont montré que la cogestion est utilisée comme moyen pour obtenir des fonds et réduire les coûts des projets sans partage des bénéfices. Elle divise les populations et conduit à la désintégration des structures d'interface, à la déperdition écologique, à la privatisation des terres et à l'élimination des forêts et mares sacrées des populations autochtones qui ont façonné leurs identités et cultures. Leur cogestion a conduit à la perte de leur biodiversité originelle et à leur transformation en stations piscicoles et rizicoles. En outre, contrairement aux espèces exotiques, les huit argiles à usages internes et externes et les 126 plantes indigènes identifiées améliorent l'alimentation et la santé humaines et animales. Elles permettent la fixation du bétail, le traitement des eaux, du paludisme, de la trypanosomiase (ou maladie du sommeil) et autres maladies générées par les projets, ainsi que la décontamination des points d'eau infectés par les vecteurs des bilharzioses, de l'onchocercose (cécité des rivières) et de la dracunculose. Les analyses ont montré que ces argiles constituées de kaolinite (32 à 83%), servent de barrières de stockage des métaux lourds et des nitrates dans les sols. Elles sont plus efficaces dans l'enlèvement de la turbidité et de la couleur des eaux de puits que Moringa oleifera qui s'est avéré plus performant pour les eaux de surface affectées par l'exploitation minière, le ruissellement et le tarissement précoce. Leur combinaison est avantageuse pour les deux types d'eau. De plus, les graines de Moringa, d'Anacardium occidentalis, de Tamarindus indica, de Terminalia cattapa, la pulpe des graines d'Adansonia digitata et ces argiles permettent de réduire de 53 à 86% des concentrations de 30 à 120 mg-N/L de nitrates. Leur performance est davantage favorisée par les suspensions, le pH acide et la filtration. La synthèse des données a montré que les méthodes et techniques de conservation des autochtones ne sont pas caractérisées par la compétition et le dualisme Homme/Nature, mais par la synergie et l'émulation fondées sur le principe selon lequel, plus l'Homme respecte la nature, plus celle-ci devient généreuse. Grâce aux croyances, à la sagesse populaire, au sceau du sacré et à la maîtrise de l'énergie vitale au niveau des autels et de son transfert sur des objets de culte, ils ont pu sacraliser leurs écosystèmes et punir les irrévérencieux (à l'aide de leurs techniques d'envoûtement). Ces méthodes leur ont permis de maîtriser l'Homme dans sa complexité et ses désirs matériels et de domination de la nature. Elles accordent une importance à la formation pluridisciplinaire et à l'éducation relative à l'environnement de leurs confréries de chasseurs, d'éleveurs, d'agriculteurs, de pêcheurs et de divins dans leurs couvents initiatiques (forêts et mares sacrées). La gestion des conflits entre ethnies, clans, castes et professions est régie par l'arbre à palabre, les pactes d'alliances de sang, de lait, de mariage et de plaisanterie. Pour réconcilier leurs besoins avec les équilibres naturels et enraciner leur action environnementale dans la culture, leurs méthodes intègrent ainsi, divers modes empiriques et non empiriques d'appréhension du réel tangible et intangible. D'où la nécessité de leur intégration dans la cogestion des bassins. versants et des forêts pour la conservation des ressources en eau et des deux diversités biologique et culturelle actuellement menacées par la mondialisation économique, les invasions biologiques et les changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Espèces exotiques, OGM, Connaissances traditionnelles, Forêts et mares sacrées, Énergie vitale, Sacralisation écosystème, Ressources eau, Cogestion bassins versants, Pollution, Nitrates, Traitement eau, Coagulants, Adsorbants et désinfectants naturels.

Ce document présente nos activités de recherche depuis 1990 (fin du doctorat) dans le domaine de l'Automatique appliquée aux problèmes de modélisation, identification, observation et commande de procédés biotechnologiques. Nous présentons ici de façon synthétique nos principales contributions dans ce domaine, en replaçant nos travaux dans la littérature existante. Le premier chapitre a pour but de montrer la nécessité du contrôle des procédés biologiques de traitement de la pollution en définissant les enjeux, les contraintes et la problématique de commande. Dans les chapitres suivants sont successivement présentés les modèles que nous utilisons, les problèmes et outils pour l'identification des paramètres, les points clés de l'analyse de ces modèles et leur utilisation pour le contrôle des réactions biologiques. Nos conclusions et prospectives complètent le mémoire en insistant sur le problème majeur de ces procédés, l'absence d'instrumentation, et en proposant quelques pistes pour contourner ce problème.

La pollution des ressources en eau est un des défis importants auquel les Hommes doivent faire face. En particulier, de nouvelles solutions doivent émerger, puisque les techniques conventionnelles de traitement utilisées actuellement ne permettent pas une élimination efficace des divers polluants. Parmi les polluants émergents, les composés pharmaceutiques ont récemment été détectés dans différentes sources d'eau à travers le monde. Leurs effets indésirables sur l'environnement naturel et sur l'Homme ont déjà été reconnus mais doivent encore être éclaircis. De nombreux nouveaux procédés de traitement de l'eau apparaissent. En particulier, le procédé électro-Fenton a démontré sa capacité à éliminer les pharmaceutiques et autres contaminants persistants. Ce procédé est basé sur la génération in-situ d'une espèce oxydante très puissante, les radicaux hydroxyles (OH), qui permettent la dégradation non-sélective des polluants. Cependant, cela nécessite l'utilisation d'une quantité d'énergie importante, relativement coûteuse. Une solution viable est de coupler le procédé électro-Fenton avec un procédé biologique. En effet, l'utilisation de ce dernier est beaucoup plus économique, mais il possède une efficacité limitée envers les polluants persistants tels que les pharmaceutiques. Ainsi, le procédé hybride bio-électro-Fenton apparaît comme un bon compromis entre le coût et l'efficacité. Le but de cette thèse de doctorat a donc été d'optimiser le procédé électro-Fenton dans l'optique de le coupler avec un procédé biologique, afin d'éliminer les pharmaceutiques. Les principaux objectifs de cette étude reposent sur l'étude de l'influence des paramètres opératoires utilisés au cours du procédé électro-Fenton sur (a) la dégradation des pharmaceutiques ; (b) la minéralisation de la matière organique ; (c) l'évolution de la biodégradabilité; (d) la consommation énergétique. Cette thèse est composée de trois parties, au cours desquelles la complexité des solutions traitées a progressivement augmentée. Premièrement, une étude a été menée sur des solutions de produits pharmaceutiques seuls afin de mieux comprendre les mécanismes impliqués au cours de leur dégradation. La seconde partie porte sur l'étude expérimentale d'une solution synthétique composée d'un mélange de 13 pharmaceutiques. La dernière étape a consisté à mettre en place un procédé bio-électro-Fenton pour le traitement d'un effluent pharmaceutique réel. Cette démarche progressive a permis de mieux comprendre l'influence des paramètres opératoires utilisés au cours du procédé électro-Fenton. Les principaux résultats obtenus sont notamment l'optimisation de deux paramètres opératoires important : la concentration du catalyseur (Fe2+) et l'intensité du courant. L'influence de ces paramètres s'est révélée similaires au cours du traitement de tous les types de solution testée. Il a donc été possible de conclure que les valeurs optimales sont une concentration en Fe2+ de 0,2 mM et une intensité entre 100 et 500 mA. L'efficacité d'élimination des pharmaceutiques a été plus importante en utilisant des intensités plus faibles (100-300 mA). Cependant, la biodégradabilité de l'effluent, un paramètre important dans l'optique du post-traitement biologique, a été d'avantage augmentée en utilisant des intensités élevées (500-1000 mA). Par ailleurs, l'utilisation d'intensités élevées a aussi mené à augmenter la consommation énergétique, en particulier dans le cas de temps de traitement longs. Il apparaît donc évident qu'un compromis entre efficacité et consommation énergétique doit être trouvé pour chaque cas particulier et effluent à traiter. Pour conclure, les avancées de cette recherche sont principalement attribuées à la nouveauté de la combinaison bio-électro-Fenton. L'étude de l'influence des paramètres opératoires du procédé électro-Fenton a aussi permis d'améliorer la compréhension de cette nouvelle technique et contribue à son développement vers une application industrielle / Water pollution is one of the biggest challenges that humanity faces and combating it requires the development of treatment processes, as conventional methods used nowadays are no longer effective for the removal of various complex pollutants. Recently pharmaceuticals have been recognized to be contaminants of emerging environmental concern as their traces were detected in a spectrum of water bodies around the globe. The long term effects of their presence in a natural environment are not yet fully studied, but the potential outcomes can be detrimental to a sustainable future. Among the variety of currently rising treatment technologies, the electro-Fenton method, an electrochemical advanced oxidation process, has demonstrated an ability to eliminate pharmaceuticals as well as other types of persistent contaminants. This electrocatalytical process generates in situ strong oxidants species - hydroxyl radical (OH) - which non-selectively degrade organic pollutants. Due to the extensive cost in the application of electrical energy, its operation might be cost-prohibitive. A solution would be to combine it with biological processes which are more economically viable, but also less effective in the removal of pharmaceuticals. The combined process is expected to have a synergetic effect between cost and effectiveness. The goal of this PhD thesis is to optimize operating conditions of the electro-Fenton process for a feasible combination with a biological process as a means of treating pharmaceutical pollution. The main objectives addressed by this work are related to the influence of operating parameters of the electro-Fenton process on (a) removal of pharmaceuticals; (b) mineralization of organic matter; (c) enhancement of biodegradability; (d) energy consumption. The thesis has three distinct parts related to the type of treated aqueous solution. First, a mechanistic study was conducted on aqueous solutions of individual pharmaceuticals in order to understand general trends of their removal. Next, a series of experiments was carried out on a synthetic mixture of thirteen pharmaceuticals from different therapeutic classes. Lastly, laboratory bench-scale reactors of a combined bio-electro-Fenton process were operated for the treatment of real wastewater. The advance in the complexity of the treated solution allowed a comprehensive comparison and analysis of the influence of the operating parameters. The main results include the optimal values of two operating parameters: the catalyst (Fe2+) concentration and the applied current intensity for a given electro-Fenton setup. The effects of the operating parameters on the removal of pharmaceuticals and other organic matter were similar regardless of the treated solution. The optimal value for the Fe2+ concentration was concluded to be around 0.2 mM. The optimal current intensity was in the range 100-500 mA. The efficiency of the current in terms of the pharmaceuticals' removal was the highest with the lowest intensity (100-300 mA). At the same time the biodegradability, which was an important factor in the biological post-treatment process, improved with higher intensities of electric current (500-1000 mA). However, high current intensities resulted in an elevated energy consumption, particularly with a prolonged treatment time. A tradeoff would have to be consequently made between energy saving and the removal rates that should be found in any single case. The novelty of the research presented in this PhD thesis is firstly attributed to the novelty of the combination of electro-Fenton to a biological process. A detailed study of the influence of operating parameters of the electro-Fenton process on removal rates and biodegradability enhancement contributed not only to the general knowledge on the electro-Fenton process, but also to the advancement towards its upscaling and then further towards the industrial application of this technique

Les bassins de retenue des eaux pluviales constituent des éléments importants de gestion des rejets urbains de temps de pluie (RUTP). De nombreuses études montrent que, lorsqu'ils sont bien conçus, ils permettent de lutter contre les inondations et de décanter efficacement la pollution métallique et les hydrocarbures fortement fixés aux matières en suspension (MES). Le travail se propose d'étudier les performances de ce type de système afin d'en mesurer et d'en modéliser leur efficacité en termes d'abattement de micropolluants à une échelle évènementielle. Pour cela, il a été développé un suivi expérimental d'un bassin en service sec et étanche de grande taille localisé à l'exutoire d'un bassin versant drainé par un réseau d'assainissement séparatif pluvial faisant partie de l'Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU). Ainsi un total de 100 micropolluants (MP) a-t-il été suivi : 22 éléments traces métalliques (ETM), 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 2 alkylphénols (AP), 5 alkylphénols éthoxylates (APEO), Bisphénol A, 9 polybromodiphényléthers (PBDE) et 45 pesticides. Dans les eaux, ils ont été analysés en phase dissoute et particulaire en entrée et en sortie. 67 % des MP recherchés ont été détectés au moins une fois en entrée ou en sortie. Les concentrations moyennes évènementielles à l'exutoire du bassin versant alimentant l'ouvrage sont comparables aux données de la littérature quand elles existent et montrent une grande variabilité. L'efficacité massique évènementielle (EME) de piégeage des MP a été évaluée selon différentes méthodes, prenant en compte les incertitudes totales. L'efficacité est avérée pour la majorité des ETM et HAP, sur un nombre limité de campagnes pour les PBDE et les APEO, très limité pour le 4-Tert-Octylphénol et le 4-Nonyphénol (1 sur 5). Les performances de l'ouvrage ont été mises en avant pour 7 pesticides (sur 15 détectés) mais des efficacités négatives témoignent d'un relargage possible des polluants. L'étude des sédiments accumulés dans le bassin depuis 6 ans montre qu'ils sont assez chargés tant en métaux, HAPs qu'en 4-Nonylphénol, BDE209 et Diuron. Enfin, nous avons expérimenté 3 niveaux de modèles afin d'identifier des pistes pertinentes pour la suite des travaux dans ce domaine.

Le dragage des ports français génère chaque année entre 25 et 40 millions de tonnes de matériaux non contaminés qui sont clapés en mer. Il existe, de plus, un stock important de sédiments contaminés (10 millions de tonnes environ) qui n'ont pas été dragués, du fait de la réglementation interdisant un rejet en mer lorsque les niveaux de contamination dépassent les seuils définis par l'arrêté du 14 juin 2000. En outre, ce stock de sédiment, qui devra impérativement être dragué dans les dix ans à venir, est quasiment orphelin de filières de traitement et de valorisation adaptées. L'urgence de mettre en place des solutions (filières), respectueuses des fondements du développement durable, a engendré de nombreux programmes de recherche. Le programme SEDiGEST (Gestion des Sédiments de dragages des ports) envisage notamment un scénario de remblaiement des cavités terrestres par des sédiments traités. Cette Thèse de Doctorat, menée dans le cadre de ce programme, contribue à l'amélioration de la compréhension du comportement géo-physico-chimique d'un sédiment marin stabilisé aux liants hydrauliques (chaux + ciment). Pour répondre à cet objectif la démarche expérimentale a été conduite en trois étapes : tout d'abord la caractérisation du solide, puis l'évaluation de la mobilité potentielle des polluants inorganiques et enfin, la modélisation du comportement à la lixiviation. La synthèse des résultats a montré que les polluants inorganiques cibles de la matrice d'étude (cuivre, plomb et zinc) étaient majoritairement associés aux carbonates, aux sulfures/sulfates, aux (oxy)hydroxydes, et/ou à la matière organique. L'étude comparative de la matrice étudiée à trois stades " d'évolution " (avant et après traitement et vieilli artificiellement) a permis de mettre en évidence que le procédé de stabilisation aux liants hydrauliques n'était pas une solution pérenne. En effet, le sédiment traité présente un risque de pollution à plus ou moins long terme, notamment par relargage de plomb et de cuivre, en cas de carbonatation de la matrice sédimentaire. En particulier, la réversibilité du procédé de stabilisation/solidification induit par la réactivité des phases cimentaires avec le CO2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme.

Le dragage des ports français génère chaque année entre 25 et 40 millions de tonnes de matériaux non contaminés qui sont clapés en mer. Il existe, de plus, un stock important de sédiments contaminés (10 millions de tonnes environ) qui n’ont pas été dragués, du fait de la réglementation interdisant un rejet en mer lorsque les niveaux de contamination dépassent les seuils définis par l’arrêté du 14 juin 2000. En outre, ce stock de sédiment, qui devra impérativement être dragué dans les dix ans à venir, est quasiment orphelin de filières de traitement et de valorisation adaptées. L’urgence de mettre en place des solutions (filières), respectueuses des fondements du développement durable, a engendré de nombreux programmes de recherche. Le programme SEDiGEST (Gestion des Sédiments de dragages des ports) envisage notamment un scénario de remblaiement des cavités terrestres par des sédiments traités. Cette Thèse de Doctorat, menée dans le cadre de ce programme, contribue à l’amélioration de la compréhension du comportement géo-physico-chimique d’un sédiment marin stabilisé aux liants hydrauliques (chaux + ciment). Pour répondre à cet objectif la démarche expérimentale a été conduite en trois étapes : tout d’abord la caractérisation du solide, puis l’évaluation de la mobilité potentielle des polluants inorganiques et enfin, la modélisation du comportement à la lixiviation. La synthèse des résultats a montré que les polluants inorganiques cibles de la matrice d’étude (cuivre, plomb et zinc) étaient majoritairement associés aux carbonates, aux sulfures/sulfates, aux (oxy)hydroxydes, et/ou à la matière organique. L’étude comparative de la matrice étudiée à trois stades « d’évolution » (avant et après traitement et vieilli artificiellement) a permis de mettre en évidence que le procédé de stabilisation aux liants hydrauliques n’était pas une solution pérenne. En effet, le sédiment traité présente un risque de pollution à plus ou moins long terme, notamment par relargage de plomb et de cuivre, en cas de carbonatation de la matrice sédimentaire. En particulier, la réversibilité du procédé de stabilisation/solidification induit par la réactivité des phases cimentaires avec le CO2 atmosphérique, peut également conduire à une mobilisation des polluants à long terme. / The dredging of French ports generates each year between 25 to 40 million tons of uncontaminated materials which are piled onto sea. Moreover, an important stock of contaminated sediments (about 10 million tons), which has to been dredged, exists. Indeed, the decree of June 14th, 2000 prohibits disposal to sea when levels of contamination exceed regulations. This important stock of sediment, which must be imperatively dredged within 10 years, is almost orphan of adapted treatment and valorization. In this context many research program appear to propose and to develop solutions. The SEDiGEST program (Management of the dredging sediments of ports) intends a scenario of filling terrestrial cavities with treated sediments. This Ph.D. thesis, carried out within the framework of this program, contributes to the improvement in understanding the geo-physico-chemical behavior of marine sediment stabilized with hydraulic binders (cement + lime). In this objective, the experimental approach was conducted in three steps. Firstly, a characterization of the solid was realized. An evaluation of the potential mobility of inorganic pollutants have was then determined. Finally, a modeling of the behavior towards leaching was operated. Data shown that target's inorganic pollutants of the matrix of study (copper, lead and zinc) were mainly associated with carbonates, sulfides/sulfates, (oxy)hydroxides, and/or with organic matter. Comparative study of the matrix at three levels “of evolution” (before and after treatment and artificially aged) highlights the reversibility of the stabilization by hydraulic binders. Indeed, treated sediment presents a pollution risk to less or more long term, leaching of copper and lead, during carbonation.

Les approches physico-chimiques étant insuffisantes pour évaluer l'impact de la pollution sur les écosystèmes , de nombreux bioessais, variant de par le niveau d'organisation représenté, ont été développés. Parmi ces essais on trouve les essais en microcosme aquatique de laboratoire qui sont un compromis entre les essais monospécifiques standards de laboratoire, méthodes couramment employées mais très simplifiées et peu représentatives sur le plan écologique et les essais en mésocosme extérieurs, plus représentatifs mais coûteux, lourds à mettre en œuvre, moins réplicables et plus difficiles à interpréter. Dans ce travail, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'essai initialement développé par Clément et Cadier (1998). Cet outil permet d'évaluer l'effet de substances ou de matrices potentiellement contaminées sur un écosystème artificiel composé d'eau et de sédiment, dans lesquels sont introduites simultanément 5 espèces aquatiques d'eau douce usuellement employées dans des essais de toxicité mono-spécifiques : l'algue Pseudokirchneriella subcapitata, la lentille d'eau Lemna minor, la daphnie Daphnia magna, l'amphipode Hyalella azteca et l'insecte Chironomus riparius. Cet essai en microcosme a été utilisé dans de nombreux projets depuis sa conception mais sa variabilité demeurait la principale limite malgré les améliorations successives. Le principal objectif de ce travail était donc d'optimiser l'essai. La principale amélioration testée a été le renouvellement continu de l'eau du système, qui a permis de stabiliser les paramètres physico-chimiques de la colonne d'eau des microcosmes et la densité algale, et ainsi d'améliorer le développement des organismes et la réplicabilité de l'essai. Le cadmium a été utilisé comme contaminant modèle afin d'évaluer les développements méthodologiques proposés. La diminution de la variabilité en présence de renouvellement d'eau augmente la capacité à détecter des effets sublétaux sur les organismes pélagiques avec les tests statistiques classiques. Le développement d'un cadre de modélisation dynamique a permis de comparer la sensibilité des daphnies au cadmium dans des expériences aux profils d'exposition différents. / The physico-chemical approaches are insufficient to assess the impact of pollution on ecosystems. Thus many bioassays, varying in the level of organization represented, have been developed, as laboratory aquatic microcosm tests. These tests are a compromise between single-species tests, which are standard laboratory methods commonly used but highly simplified and not very ecologically representative, and outdoor mesocosm tests, which are more representative but more expensive, heavy to implement, less replicable and more difficult to interpret. In this work, we focused on the bioassay originally developed by Clément and Cadier (1998). This tool allows to evaluate the effect of substances or potentially contaminated matrices on an artificial ecosystem consisting of water and sediment in which are introduced simultaneously five freshwater aquatic species commonly used in monospecific toxicity testing : the algea Pseudokirchneriella subcapitata, the duckweed Lemna minor, the daphnia Daphnia magna, the amphipod Hyalella azteca and the insect Chironomus riparius. This test was used in many projects since its conception but its variability remains the main limitation despite successive improvements. The main objective of this study was to optimize the test. The main improvement was continuous renewal of the water system, which helped to stabilize the physico-chemical parameters of the water column and algal density, and thus improve the development of organisms and replicability of the test. Cadmium was used as a model contaminant to evaluate the proposed methodological developments. The decrease in variability in flowthrough microcosms increases the ability to detect sublethal effects on pelagic organisms with conventional statistical tests. The development of a dynamic modeling framework was used to compare the sensitivity of Daphnia to cadmium in experiments with different exposure pattern.

Les bassins de retenue des eaux pluviales constituent des éléments importants de gestion des rejets urbains de temps de pluie (RUTP). De nombreuses études montrent que, lorsqu’ils sont bien conçus, ils permettent de lutter contre les inondations et de décanter efficacement la pollution métallique et les hydrocarbures fortement fixés aux matières en suspension (MES). Le travail se propose d’étudier les performances de ce type de système afin d’en mesurer et d’en modéliser leur efficacité en termes d’abattement de micropolluants à une échelle évènementielle. Pour cela, il a été développé un suivi expérimental d’un bassin en service sec et étanche de grande taille localisé à l’exutoire d’un bassin versant drainé par un réseau d’assainissement séparatif pluvial faisant partie de l’Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU). Ainsi un total de 100 micropolluants (MP) a–t-il été suivi : 22 éléments traces métalliques (ETM), 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 2 alkylphénols (AP), 5 alkylphénols éthoxylates (APEO), Bisphénol A, 9 polybromodiphényléthers (PBDE) et 45 pesticides. Dans les eaux, ils ont été analysés en phase dissoute et particulaire en entrée et en sortie. 67 % des MP recherchés ont été détectés au moins une fois en entrée ou en sortie. Les concentrations moyennes évènementielles à l’exutoire du bassin versant alimentant l’ouvrage sont comparables aux données de la littérature quand elles existent et montrent une grande variabilité. L’efficacité massique évènementielle (EME) de piégeage des MP a été évaluée selon différentes méthodes, prenant en compte les incertitudes totales. L’efficacité est avérée pour la majorité des ETM et HAP, sur un nombre limité de campagnes pour les PBDE et les APEO, très limité pour le 4-Tert-Octylphénol et le 4-Nonyphénol (1 sur 5). Les performances de l’ouvrage ont été mises en avant pour 7 pesticides (sur 15 détectés) mais des efficacités négatives témoignent d’un relargage possible des polluants. L’étude des sédiments accumulés dans le bassin depuis 6 ans montre qu’ils sont assez chargés tant en métaux, HAPs qu’en 4-Nonylphénol, BDE209 et Diuron. Enfin, nous avons expérimenté 3 niveaux de modèles afin d’identifier des pistes pertinentes pour la suite des travaux dans ce domaine. / Detention basins are at stake in urban stormwater discharges (USWD) management strategies. If well designed, they are not only used to mitigate stormwater flood impacts but also to trap metals and hydrocarbon compounds strongly bounded to total suspended solids (TSS). An experimental monitoring, in the framework the Field Observatory on Urban Hydrology (OTHU), was developed on a large dry detention basin located at the outlet of a catchment drained by a separate stormwater system. This basin presents a rather classical and current configuration.A sum of 100 substances was studied: 22 metals (ETM), 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), 2 alkylphenols (AP), 5 ethoxylate alkylphenols (APEO), Bisphénol A, 9 polybromodiphenylethers (PBDE) and 45 pesticides. They were analyzed in both dissolved and particulate phases in water at the inlet and outlet of the device. 67% of MP studied was detected at least once at the inlet or outlet. Event mean concentrations were in the same range as literature data when available and showed an important variability.Event mass efficiency (EME) in trapping MP was assessed by different methods taking account for global uncertainties. Acceptable efficiency was found for most of ETM and PAH and in a lesser extent for PBDE and APEO on a limited number of campaign. The detention basin had only a positive impact on alkylphenols (4-Tert-Octylphenol and 4-Nonylphenol) for one campaign out 5. Negative values for 7 pesticides (among 15 detected) indicated possible pollutant release. Accumulated sediments study showed high MP concentrations in particular for metals, PAH, 4-Nonylphenol, BDE209 and Diuron. Lastly, different levels of models were tested to try to identify relevant ones for further work.