Le transport de solutés est gouverné par le flux de l’eau dans la zone non saturée du sol. Ces substances chimiques peuvent migrer jusqu’à atteindre la nappe phréatique et contaminer les ressources en eau disponibles. De ce fait, l’application de l’eau et des fertilisants aux cultures doit se faire de manière à minimiser ses répercussions sur l’environnement. La modélisation numérique constitue un outil puissant pour optimiser les régimes hydriques et nutritifs dans le sol en production agricole. L’objectif de ce travail est de comprendre les processus de transport des solutés induits par l’irrigation de surface et dans les sols sableux à fort drainage des champs de canneberges. Il veut aussi simuler différentes conditions climatiques et tester leurs influences sur le transport des solutés.Trois expériences de transport de KBr ont été menées de manière similaire en laboratoire, dans un simulateur de drainage. Des lysimètres à succion et des tensiomètres installés à différentes profondeurs dans le simulateur ont permis respectivement de collecter les lixiviats et de mesurer le potentiel de l’eau du sol. Un modèle analytique de fonction de transfert convectif lognormale et le modèle numérique Hydrus-2D ont été utilisés pour analyser les données mesurées. Les modèles fournissent de très bonnes performances pour la simulation du transport de bromure avec des valeurs de R! > 0,70 et des erreurs de simulation acceptables en termes de RMSE. Le modèle de fonction de transfert indique qu’environ 230 mm d’eau est nécessaire pour déplacer un front de bromure de la surface du sol jusqu’à une profondeur de 100 cm. Le modèle Hydrus-2D a pu simuler avec succès les différents scénarios climatiques et montre que les scénarios les plus humides influencent beaucoup plus la migration des solutés. Pour tous les scénarios testés, aucun cas de lessivage n’a été enregistré hors du profil de sol. / Solutes transport is governed by the flow of water in the unsaturated zone of the soil. These chemicals can migrate to the water table and contaminate available water resources.Therefore, the application of water and fertilizers to crops must be done in a reasonable manner in order to minimize its impact on the environment. Mathematical modeling is a powerful tool for optimizing water and nutrient regimes of the soils in agricultural production. The objective of this work is to understand the solute transport processes induced by surface irrigation in sandy soils with high drainage of cranberry fields. A second objective is to simulate different climatic conditions and test their influences on the transport of solutes. Three KBr transport experiments were carried out in a similar way in the laboratory, in a drainage simulator. Suction lysimeters and tensiometers installed at different depths in the simulator made it possible respectively to collect the leachate and to measure the potential of the water soil water. A lognormal convectif transfer function analytical model and the Hydrus-2D numerical model were used to analyze the measured data. The models provide very good performance for the simulation of bromide transport with values of R! > 0.70 and acceptable simulation errors in terms of RMSE. The transfer function model indicates that approximately 230 mm of water is required to displace abromide front from the soil surface to a depth of 100 cm. The Hydrus-2D model was able to successfully simulate the different climate scenarios and shows that the wet test scenarios have a much greater influence on the migration of solutes. For all the scenarios tested, no case of leaching was recorded outside the soil profile.

L'extraction de biomolécules à partir de ressources renouvelables devient l'un des thèmes clés dans les domaines de la biotechnologie, de la cosmétologie et de la pharmacie. Pour minimiser la consommation de solvant organique et augmenter l'efficacité, l'extraction avec des mélanges eau/alcool semble être une approche prometteuse. De plus, des étapes supplémentaires de purification et de concentration sont généralement nécessaires pour enrichir le milieu avec les molécules cibles. La nanofiltration (NF) est une technique de séparation idéale et durable pour de telles opérations car elle est propre, sobre et sûre. Il existe néanmoins peu de littérature concernant la NF dans ces mélanges eau/éthanol. Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes de transfert qui régissent la sélectivité dans ces milieux. Dans un premier temps une étude fondamentale est réalisée sur la NF dans des mélanges eau/ alcool seuls ou en présence de solutés neutres et/ou chargés. Les résultats obtenus montrent que lorsque la teneur en alcool augmente, la membrane gonfle, le rayon des pores augmente mais la résistance intrinsèque reste constante. Les mécanismes de transfert bien connus en milieux aqueux (exclusion stérique, interaction électrostatique, interaction diélectique) et en milieux organiques (interactions hydrophobes, affinité soluté-membrane-solvant) sont tous présents dans des mélanges eau/alcool mais leur intensité relative semble être différente. Différents modèles (Spiegler-Kedem & Film, Hydrodynamique & Film, Solution-Diffusion & Film, Pore-Flow & Film, Steric Electric and Dielectric Exclusion) ont été utilisés pour modéliser les rétentions et estimer les paramètres de transfert. / The extraction of bio-molecules from renewable resources is emerging as one of a key topics in the fields of biotechnology, cosmetology and pharmacy. To minimize the organic solvent consumption, as well as to increase the efficiency, extraction by water/alcohol mixtures appears to be a promising approach. Moreover, additional purification and concentration steps are generally required to enrich the medium with the target molecules. Nanofiltration is a de-facto separation technique for such operations because it is clean, sober and safe. Unfortunately, there is few literature on the transfer of water/ethanol mixtures regarding nanofiltration. This study aims to better understand the transfer mechanisms that govern selectivity in these media. At the first step, a fundamental study is realized on nanofiltration in water/alcohol mixtures alone or with the presence of neutral or charged solutes. The obtained results show that when the alcohol content increases, the membrane is swelling, the pore radius increases but the intrinsic resistance is still constant. The well-known transfer mechanisms in aqueous media (steric exclusion, electric interaction, dielectric interaction) and in organic media (hydrophobic interaction, affinity solute-membrane-solvent) are all present in the water/alcohol mixtures, but relative intensity appears to be different. Different models (Spiegler-Kedem & Film, Hydrodynamics & Film, Solution-Diffusion & Film, Pore-Flow & Film, Electric Steric and Dielectric Exclusion) were used to model the retentions and estimate the transfer parameters.

Le travail de thèse porte sur l'utilisation simultanée de liquides ioniques (LIs) et de nanoparticules d'oxydes de métaux (NPs) pour l'extraction des composés organiques à partir des solutions aqueuses et organiques. Il a été constaté que les LIs présentent une excellente sélectivité par rapport aux composés organiques. Cette sélectivité a été souvent améliorée par la présence de NPs. Deux techniques d'utilisation des systèmes extractifs NPs/LIs ont été utilisées; La première consistait à l'extraction liquide/liquide à partir d'une phase aqueuse par une phase LI contenant suspension de NPs. Dans la seconde méthode les nanoextracteurs NPs/LI ont été dispersés directement en solution. La qualité des résultats dépend de tous les paramètres du système étudié (la nature du solvant, du LI, des NPs et du composé organique extrait). Nous nous sommes également intéressés au mécanisme de formation d'agrégats de NPs en solutions aqueuses contenant des liquides ioniques. Nous avons démontré que les nanoagrégats de NPs peuvent être souvent considérés comme nanoextracteurs imbibés de liquides ioniques et actifs en tant qu'extracteurs. Nous avons démontré l'utilité du système NPs/LI pour l'extraction de composés organiques. Des nombreux tests ont permis d'établir les conditions dans lesquelles cette technique peut conduire à des résultats satisfaisants. L'utilisation de nanoextracteurs parait très prometteuse pour élimination de solutés très dilués / This study concerns a simultaneous utilization of ionic liquids (Ils) and nanoparticles of metal oxides (NPs) to extracting organic compounds from aqueous and organic solutions. It was observed that the selectivity of organic compounds extracted with ILs makes is excellent and that may be enhanced when IL was used together with NPs. Two techniques were used to enhance the selectivity. At first, the liquid-liquid extraction was performed using a IL phase containing NP suspension in contact with an aqueous or organic phase. Secondly, the nanoextractors NPs/IL were directly dispersed in solution. The quality of results obtained was a complex function of ILs, NPs and organic compounds to be extracted. The mechanism of NP aggregate formation in aqueous solutions of ILs was also studied. It was demonstrated that the nanoaggregates formed with NPs are soaked with ILs and may act as IL nanoextractors. Results presented demonstrated that NPs/IL systems may be useful in extraction of organic compounds. Indeed, numerous extraction experiments made it possible to define optimal conditions to carry out successful extractions. The most promising results were obtained with extraction of diluted solutes

Le travail rapporté porte sur la biodégradation des composés aromatiques volatils (benzène, toluène, xylènes) en solution aqueuse. La principale question abordée est la quantification et le contrôle des transferts gaz-liquide de soluté. Il a été démontré que la séparation de la biomasse d'un liquide doit être effectuée avec une attention particulière et un protocole basé sur la centrifugation de la suspension est proposé. Une nouvelle technique pour la détermination expérimentale du coefficient d'activité à dilution infinie, également basée sur des expériences de centrifugation est présentée. Le travail principal au niveau microbien révèle que les pertes de soluté par stripping gazeux ne peuvent pas être évitées même avec l'utilisation d'un système biphasique liquide-liquide. Une approche anaérobie mettant en oeuvre une bactérie effectuant la respiration des nitrates a montré que cette technique pouvait présenter un grand intérêt lorsqu'elle est utilisée avec un milieu hétérogène.

Les milieux poreux fracturés sont des milieux composés d'une roche présentant des zones de fracturation. Géologiquement, ces milieux sont caractérisés par la présence de fractures sur plusieurs échelles avec des propriétés hétérogènes créant des zones fortement perméables à comparer de la roche environnante. Hydrauliquement, ces milieux sont caractérisés par des temps de réponses courts correspondant aux sollicitations des structures fortement perméables et des temps de réponses longs correspondant aux sollicitations des structures faiblement perméables. Ce type de milieux est impliqué dans de nombreux enjeux sociétaux tels que l'étude de sites contaminés, le stockage d'éléments et l'exploitation de ressources. Le principal défi de la modélisation des milieux poreux fracturés réside en la représentation des hétérogénéités géométriques et physiques caractérisant ces milieux. Une représentation exacte du milieu naturel étant impossible, il s'agit de déterminer quelles sont les propriétés caractéristiques de ces milieux, c'est-à-dire les propriétés principales "responsables" de leur comportement. Mes travaux de thèse ont consisté à étudier l'impact des propriétés géométriques et physiques des fractures et de la matrice de l'échelle locale de la fracture et du bloc matriciel à l'échelle globale du réseau de fractures. Une première partie du travail correspond à la mise au point de méthodes d'évaluation des effets des structures et de leurs propriétés sur les échanges et une seconde partie en l'exploitation de ces méthodes. Au final, je propose un modèle double-porosité discret prenant en compte les propriétés du milieu identifiées comme caractéristiques de son comportement.

Le mémoire rapporte les travaux effectués pour l’élaboration de membranes asymétriques de type co-polyalcoxyéther-imide (PEI) afin d'obtenir des membranes polymères à haut flux, sélectives pour la séparation de molécules organiques à partir de mélanges aqueux par procédés membranaires. La séparation des mélanges liquides (i.e. toluène - heptane, eau - éthanol, soluté organique dilué en solution aqueuse) a été étudiée par pervaporation (PV) et par nanofiltration (NF) à l'aide de membranes PEI originales asymétriques comportant une peau dense autosupportée. Ces membranes ont été préparées dans des conditions expérimentales contrôlées à partir de solutions DMF-H2O de l'acide polyamique correspondant (APA) en relation avec le diagramme de phase ternaire ; après l’inversion de phase dans un bain d'eau, les membranes d’APA ont été cyclisées en imides par traitement thermique. Les propriétés physiques des membranes (IR, TGA) ont été caractérisées, et les morphologies correspondantes, enregistrées par SEM, ont été utilisées pour optimiser la préparation des membranes asymétriques pour améliorer les propriétés de séparation en ajustant l'épaisseur de la couche dense. Les performances obtenues en pervaporation et en nanofiltration ont été examinées à la lumière de l'influence de trois séries de paramètres, à savoir les paramètres d’élaboration des membranes (composition du collodion, température du bain d'inversion de phase), les conditions expérimentales de perméation (température, pression) et des propriétés moléculaires du soluté (masse molaire, rayon, polarité). Les résultats de pervaporation ont montré que des membranes asymétriques PEI à peau denses pouvaient bien être obtenues, donnant lieu à une sélectivité moléculaire en accord avec le modèle de solution-diffusion. Les résultats obtenus en NF pour des solutés organiques dilués dans l'eau (≈ 500 ppm) ont montré que le degré de rejet des solutés étaient fortement liés aux conditions d’élaboration des membranes PEI et des propriétés des solutés. Les valeurs de seuil de coupure moléculaire des membranes (MWCO) ont été déterminées avec une série de polyéthylène glycol (400 <MW (g/mole) < 6000) pour une pression appliquée allant jusqu'à 10 bar. Il a été montré que le seuil de coupure des membranes était compris entre 400 et 1000g/mol à 30°C. Il a également été constaté pour certaines membranes PEI que de grandes valeurs de flux de perméation associées à de bonnes sélectivités pouvaient être obtenues, conduisant à des performances intéressantes par rapport aux données de la littérature. Ainsi le développement de ces nouvelles membranes asymétriques copolyimides comprenant un bloc élastomère devrait permettre d’obtenir des membranes de hautes performances pour des applications dans les séparations liquide-liquide, en particulier pour les séparations de nanofiltration en milieu aqueux / The work aimed to prepare co-polyalkylether-imide (PEI) asymmetric membranes in order to get high flux water selective polymeric membranes suitable for the separation of organic molecules from aqueous mixtures by membrane processes. The separation of liquid mixtures (i.e. toluene – heptane, water – ethanol and low concentrated organic solute in aqueous solutions) was studied by pervaporation (PV) and by nanofiltration (NF) using homemade integrally skinned asymmetric PEI membranes. These membranes were prepared under controlled experimental conditions from DMF-H2O solutions of the corresponding polyamic acid (PAA) with respect to the ternary phase diagram; after the wet phase inversion in a water bath, the PAA membranes were imidized by thermal treatment. The membrane physical properties (IR, TGA) were characterized and the related morphologies, recorded by SEM, were used to optimize the asymmetric membrane preparation to improve the separation properties by tuning the thickness of the dense top layer. The performances of the pervaporation and nanofiltration separations were examined in the light of the influence of three sets of parameters, i.e. membrane elaboration parameters (dope composition, inversion bath temperature), experimental permeation conditions (temperature, applied pressure) and solute molecular properties (molecular weight, radius, polarity). The PV results showed that tight asymmetric PEI membranes could well be obtained, giving rise to a molecular selectivity in agreement with the solution-diffusion model. The NF results obtained with diluted organics in water (≈500ppm) have shown that the degree of rejection of the organic solutes was strongly linked to the PEI elaboration conditions and to the solute properties. The molecular cutoff values (MWCO) of the membranes were determined with a series of polyethyleneglycol (400 < Mw (g/mole) <6000) for an applied NF pressure up to 10 Bar; it was shown that the PEI membrane MWCO could be ranged between 400 and 1000g/mol at 30°C. It was also found with some PEI membranes that high permeation fluxes together with good separation selectivity could be obtained leading to interesting performances compared to literature data. Thus, it is expected that the development of these new asymmetric block copolyimide rubbery membranes might give rise to high performance membrane systems for applications in liquid-liquid separations, in particular in nanofiltration separations

Ce mémoire de thèse est divisé en deux chapitres, le premier aborde l'impact des osmolytes sur la dihydrofolate réductase (DHFR) et le second a pour objet l'étude structurale de pseudopeptides antimicrobiens en présence de modèles membranaires. Les osmolytes organiques sont de petites molécules accumulées dans les cellules et les tissus de nombreux organismes lors d'une contrainte hyperosmotique pour maintenir le volume cellulaire. Ces solutés ont également un rôle essentiel dans la sauvegarde de l'intégrité cellulaire et dans la stabilisation des macromolécules contre l'effet de divers stress environnementaux. Les osmolytes peuvent néanmoins induire une inhibition significative des enzymes et les bases moléculaires de leurs effets sur les propriétés des protéines sont au centre de nombreuses études. Nous avons étudié la DHFR, une enzyme clé du métabolisme, en présence de divers solutés. Après avoir vérifié que les osmolytes ne modifiaient pas la structure globale de la DHFR, nous avons montré qu'ils étaient capables de stabiliser la structure et d'inhiber l'activité de cette enzyme. L'inhibition de la DHFR est liée à la diminution de la vitesse de sortie (koff) du produit, que nous avons mesurée en présence d'osmolytes. L'étude de la dynamique interne de la DHFR, sur plusieurs échelles de temps apporte des réponses sur l'origine de l'inhibition de la DHFR en présence d'osmolytes. La seconde partie présente nos travaux sur la relation structure-activité de plusieurs peptides antimicrobiens. Ce projet s'inscrit dans la course au développement de nouvelles molécules actives pour palier la résistance croissante des pathogènes contre les antibiotiques conventionnels. Nous avons déterminé les structures et étudier le comportement de différents peptides et pseudopeptides en environnement membranaire modèle, micelles de SDS et phospholipides afin de proposer un mode d'action pour chacun d'eux.

La famille des protéines MIPs est composée de canaux hydriques et de facilitateurs de glycérol. Parmi les canaux hydriques, certains sont sélectivement perm&ables à l'eau, les aquaporines (AQP1, AQP2,...), et les autres sont également perméables aux petits solutés comme le glycérol: les aquaglycéroporines, dont AQP3 fait partie. Nous avons montré dans un premier temps que la perméabilité au glycérol du globule rouge était due à la présence d'AQP3. Dans l'intention de mieux connaître quels étaient les éléments protéiques impliqués dans la sélectivité des protéines MIPs, nous avons construit des chimères entre AQP2 et AQP3. L'une d'entre elle, AQP3-AQP2 Cter, après expression dans l'ovocyte de Xénope, a permis de montrer que la partie C terminale cytoplasmique est impliquée dans le transport d'eau mais pas dans le transport de glycérol d'AQP3. Nous avons également montré que les ovocytes de xénope non matures possédaient des perméabilités à l'eau et au glycérol supérieurs à celles des ovocytes matures suggérant l'expression d'un canal ou d'un transporteur endogène. Enfin, nous avons envisagé de déterminer pour la première fois la structure quaternaire d'une aquaglycéroporine: AQP3. Alors qu'AQP1 dévoile sa forme tétramérique sur gradient de saccharose, après solubilisation en conditions non dénaturantes, AQP3 sédimente dans des fractions plus légères sous forme d'un monomère et d'un dimère très résistant au SDS et aux agents réducteurs hydrophiles. Nous n'avons pu conclure quant à son organisation dans les membranes du fait de son éventuelle sensibilité spécifique aux détergents non dénaturants utilisés. Nous avons donc engagé des études de microscopie électronique de cryofractures de membranes d'ovocytes exprimant AQP1 et AQP3. Nous en avons déduit que la taille d'AQP3 n'était pas suffisamment différente de celle d'AQP1 pour suggérer une organisation membranaire également différente.

Les processus de transfert de pesticide dans les sols sont encore mal connus. Avec l'objectif de mieux comprendre les mécanismes impliqués, des essais dans des colonnes remplies avec différents milieux poreux (sable, limon, argilo sableux) ont été effectués en conditions de saturation et de saturation partielle en eau. Des expériences avec un traceur (KCL) ont été utilisées pour la caractérisation hydrodynamique du milieu. Les mécanismes d'interactions physicochimiques d'une molécule pesticide modèle, le pentachlorophénol (PCP) avec la matrice solide, sont mis en évidence par la comparaison des courbes de restitution du pesticide avec le traceur. Les résultats expérimentaux montrent que les interactions du PCP avec le solide sont dépendants de la succession chronologique des expériences, de la vitesse moyenne d'écoulement, du profil de la teneur en eau dans la colonne, de la concentration en PCP, du pH et de la présence de sel dans la solution injectée. L'isotherme d'adsorption du PCP sur le sable suit le modèle de Freundlich, et la restitution partielle est probablement due à une fixation irréversible du PCP ionisé ou non. Un modèle numérique, fondé sur la méthode de différences finies est proposé. La description des courbes de restitution des solutés relative au sable en condition de saturation en eau s'avère satisfaisante. En revanche, le modèle n'a pas permis de décrire complètement les courbes d'élution résultantes de créneaux injectées dans la colonne de sable saturé ensemencé avec des bactéries, ainsi que dans le sable partiellement saturé et sur le limon saturé.

L'objectif de cette étude était de caractériser les transferts d 'eau et de solutés dans un sol hétérogène pour prédire le devenir de polluants dans le sol et vers l'aquifère sous-jacente. Une série d'essais a été conduite sur le site observatoire de La Côte Saint-André. Les variabilités spatio-temporelles des variables hydriques et des concentrations de différentes molécules ( isotope de l'eau, anions, pesticide, nitrate) ont été mesurées selon différentes méthodes: suivi stationnel (sonde à neutrons, tensiomètres, cellules de prélèvements), percolation à travers un Iysimètre, prélèvements destructifs sur un plan vertical ou dans un volume cylindrique. Une analyse géostatistique et statistique montre que les vari ables ne sont pas corrélées à courte distance et qu'environ 80 % des distributions suivent une loi normale. L' hétérogénéité des variables (estimée par le coefficient de variation) permet de les classer par ordre croissant: masse volumique sèche, teneurs en eau (massique et volumique) et concentrations. Les cartographies des concentrations en solutés obtenues après analyse des échantillons (destructifs) dans des plans verticaux indiquent des écoulements préférentiels d'eau que l'on modélise à une taille supérieure (m) par la partition de l'eau en fractions mobile et immobile. Cette approche est confirmée par les transferts globaux de so lutés à travers Ie Iysimètre pour des flux d'eau élevées. La comparaison entre les cartographies des teneurs en eau (prélèvements) et les mesures non-destructives par sonde à neutrons montre que cet appareil a un bon pouvoir intégrateur sur un volume de l'ordre de quelques dm3. On peut également utiliser ces cartographies pour optimiser la taille du guide d 'onde des sondes TDR. La confrontation entre concentrations en soluté mesurées par prélèvements du sol ou par extractions à l'aide de bougies poreuses fournit des résultats contrastés: pour les fortes valeurs de concentrations (nitrate par exemple), les mesures sont comparables, mais pour de faibles concentrations (traceur et pesticide) les mesures divergent. Enfin, la modélisation d'un milieu équivalent vertical ne semble pas trop mauvaise avec différents comportements: l' un à l'échelle annuelle où les temps de séjour convectifs de l'eau sont suflïsants pour que les cinétiques physiques et chimiques d 'échange soient négligeables (équilibre local) et l' autre à l'échelle de temps de l'épisode pluvieux (intense) où l'on doit tenir compte des cinétiques (comme la partition d'eau mobile - immobile). La base de données expérimentale peut encore être largement exploitée, notamment pour servir de support à une modélisation stochastique.