Cette étude se situe au carrefour d'une problématique opérationnelle de gestion des sols de bassins d'infiltration d'eaux pluviales et d'une thématique plus théorique sur le transport colloïdal. En effet, malgré la mise en évidence du rôle parfois prédominant des colloïdes dans le transport de polluants, les mécanismes considérés prennent encore peu en compte cette forme de transport et les conditions sous lesquelles il prédomine restent mal définies. Dans ce cadre, l'objectif principal de ces travaux est la caractérisation du transport colloïdal d'un métal caractéristique des pollutions d'eaux pluviales urbaines, le zinc. Les colloïdes considérés sont des bactéries de l'espèce Pseudomonas putida qui sont présentes dans le milieu poreux sous forme de biofilm. Les essais ont été réalisés en colonnes de sable de Loire, non saturées en eau. Des expériences complémentaires en réacteurs fermés ont permis de mieux caractériser la réactivité des surfaces mises en jeu. Les résultats permettent d'apporter des éléments de réponse à trois grandes questions qui sont en fait les conditions nécessaires pour qu'il y ait transport colloïdal : réactivité des colloïdes pour les polluants, mouvement des colloïdes, et transport associé. Tout d'abord, les titrations de surface et les essais d'adsorption ont montré la grande réactivité des surfaces en particulier du biofilm. Ensuite la composition de la solution en contact avec le milieux poreux et sa force ionique influencent largement la stabilité du biofilm et donc la formation de colloïdes mobiles. Ainsi les conditions sont réunies pour observer le transport associé du zinc et des bactéries; celui-ci n'a pas été directement quantifié, mais observé par des méthodes indirectes. Il apparaît donc nécessaire aujourd'hui de tenir compte, sous certaines conditions, du transport facilité par les colloïdes bactériens dans les sols de bassins d'infiltration.

Afin de caractériser la nature et le rôle des particules fines et colloïdales (PFC) dans les milieux de subsurface, le suivi dans le temps des PFC contenues à la fois dans les retombées atmosphériques et dans les eaux d'infiltration et la détermination des facteurs contrôlant la distribution et l'évolution des PFC dans l'environnement a été réalisée. La démarche utilisée est basée essentiellement sur des observations in situ et consiste à prélever mensuellement, sur le terrain, les PFC contenues dans les retombées atmosphériques et dans les eaux d'infiltration d'un sol. L'étude en MET/EDX des PFC individuelles à permis de réaliser une caractérisation typologique et physico-chimiques et d'étudier leur abondance et leur réactivité face aux contaminants. Par ailleurs, la connaissance des paramètres environnementaux de chacun des sites et l'étude statistique détaillée de l'évolution de PFC a permis de proposer un modèle conceptuel de la l'évolution dynamique (distribution, réactivité) des PFC dans les environnements considérés. Les résultats obtenus en microscopie montrent que la très grande majorité des particules ont un diamètre inférieur à 0,45 µm. L'étude systématique au MET et à l'EDX des échantillons a permis de caractériser les particules présentes et de différencier plusieurs types récurrents dans des contextes environnementaux distincts, ainsi les PFC sont, (i) minérales et constituées par des argiles plus ou moins altérées, des oxy-hydroxydes et des sels (sulfures, chlorures) avec la présence ponctuelle de carbonates et de tectosilicates, ou (ii) organiques et constituées par des bactéries ou de la matière organique non-vivante (exsudats de bactérie et matière organique dégradée), ou encore (iii) des associations mixtes de particules organiques et minérales formant des micro-agrégats organo-minéraux. Au-delà de l'étude typologique, la caractérisation des propriétés physico-chimiques des différents types de PFC a permis d'en identifier les sources, l'abondance et la réactivité. L'étude de la distribution au cours du temps des PFC des retombées atmosphériques et la connaissances des facteurs environnementaux sur les deux sites étudiés a permis de mettre en évidence les facteurs clefs contrôlant la distribution des PFC. Ainsi, il apparaît, dans un premier temps, que l'intensité et la hauteur de pluie sont les facteurs principaux mis en jeu. Cependant, la localisation et le mode d'occupation des sols influent également en modifiant, en amont, les sources de PFC et en aval l'action de la pluie. En effet, si l'étude de la dynamique des PFC des retombées atmosphériques sur les deux sites montre une influence très nette de la pluie, les deux sites montrent une réponse différente. L'acteur majeur contrôlant les dépôts de PFC est la pluie, modifié par la présence de couvert végétal qui induit un enrichissement en éléments et l'agrégation des PFC sur les feuilles. L'acteur majeur contrôlant les PFC dans les eaux d'infiltration du sol étudié est la dynamique hydrique du sol et donc les fluctuations de son état de saturation en fonction de la profondeur considérée et de la pluviosité. Enfin, ce travail permet de souligner trois résultats importants que sont : la mise au point d'une méthodologie efficace, la mise en évidence d'un vecteur de contaminants essentiel et souvent négligé que sont les bactéries, via les observations in situ et des expériences en laboratoire et l'importance des mécanismes d'agrégation dans le transport des PFC.