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Élimination de métaux par adsorption en réacteur à membranes à lit mobile de particules et en réacteur lit fixe continu - Approche cinétique
Authors: Flores V. , Sutter F. , Cabassud C. 
Published: July 2012

Ce travail propose un nouveau procédé d'élimination du Cu2+ par adsorption sur des résines échangeuses d'ions poreuses, mises en œuvre dans un réacteur à membrane à lit mobile de particules. Ce procédé a été étudié sur le plan cinétique pour des solutions synthétiques de Cu(II) dans de l'eau. L'application visée à moyen terme est l'intégration de cette opération unitaire dans une filière de traitement complète des effluents industriels liquides.
L'étude cinétique a été réalisée avec une résine cationique forte Mono C-350H en réacteur agité fermé et thermostaté. Les isothermes d'adsorption ont été établies à 21°C et les paramètres de Langmuir et de Freundlich ont été calculés. Une étude de l'influence de la vitesse d'agitation et de la température sur la vitesse réactionnelle apparente a permis de déterminer la zone opératoire correspondant à un régime cinétique. Ce régime est obtenu pour un Reynolds d'agitation supérieur à 4700 et une température inférieure à 60°C. Dans ces conditions, l'ordre de la réaction par rapport au Cu2+ est de un et la constante cinétique exprimée par unité de masse de particules est kwapp=0,03721 lgrés-1min-1 à 21°C. L'énergie d'activation de la réaction a également été déterminée.
Par ailleurs, en s'appuyant sur les résultats de l'étude cinétique, les premiers éléments de comparaison d'un réacteur classique à lit fixe et d'un réacteur original à membranes à lit de particules sont présentés. Pour le même débit à traiter, en fixant dans les deux cas un taux de conversion objectif de 95 %, le nouveau procédé permettant d'utiliser des particules de plus faible diamètre conduit à une réduction du volume de particules réactives d'un facteur 4, de la puissance énergétique à fournir au système d'un facteur 3 à 5. Les performances prometteuses de ce procédé restent à valider lors d'une étude pilote.
Mise au point de techniques analytiques pour la spéciation du sélénium dans les boues de stations d'épuration d'eaux résiduaires urbaines
Authors: Heninger I. , Potin-Gautier M. , Astruc M. , Galvez L. , Vignier V. 
Published: July 2012

Les stations d'épuration d'eaux résiduaires sont une des étapes du cycle du sélénium dans l'environnement et contribuent à sa redistribution dans le milieu naturel. Très peu étudié jusqu'à présent dans ces milieux, le sélénium n'en est pas moins un élément très important du point de vue écotoxicologique, sa teneur dans les boues de stations d'épuration destinées à l'épandage agricole faisant par ailleurs l'objet d'une norme.
Nous avons mis au point des techniques permettant la détermination spécifique de l'élément total dans ce type d'échantillon, par minéralisation classique ou assistée par micro-ondes et dosage par Voltamétrie de Redissolution Cathodique Différentielle Pulsée (DPCSV) et Spectrométrie d'Absorption Atomique ElectroThermique (ETAAS). Le contrôle qualité a été effectué sur deux échantillons certifiés fournis par le Bureau Communautaire de Référence (BCR) : la boue CRM 145 R et la boue CRM 007.
Cependant, lorsqu'on parle de risque toxicologique, il est important de s'intéresser à la détermination des différentes formes sous lesquelles cet élément peut être présent. Nous avons pour cela réalisé des extractions parallèles (spéciation de phases) du sélénium contenu dans les boues afin de déterminer quel pourcentage du sélénium total est réellement et potentiellement disponible pour les végétaux lors d'un épandage sur sol agricole. La spéciation d'espèces a été brièvement abordée dans le but de déterminer les teneurs en Se(IV) et Se(VI), espèces les plus toxiques.
Le Traitement des Eaux de Consommation : La Nécessité d'une Recherche en Chimie de l'Eau
Authors: Legube B. , Desjardins R. , Doré M. 
Published: July 2012

L'objectif principal de cet article est de montrer que les travaux de recherche en chimie de l'eau sont absolument nécessaires à la compréhension des phénomènes régissant la qualité des eaux de consommation produites et distribuées, ainsi qu'au développement de technologies innovantes dans le domaine du traitement de ces eaux. Pour l'atteindre, il a été choisi de présenter trois exemples des recherches menées à l'Université de Poitiers et à l'École Polytechnique de Montréal : deux exemples de recherche fondamentale, sur les matières organiques naturelles et sur les mécanismes d'oxydation par les radicaux hydroxyle et un exemple de la recherche d'application, sur l'évolution de la qualité de l'eau lors de son traitement biologique par ozonation couplée à la filtration sur charbon actif en grains.
Oxydation du diuron et identification de quelques sous-produits de la réaction
Authors: Ramirez Zamora R. M. , Seux R. 
Published: July 2012

Ce travail étudie la dégradation en milieu aqueux de l'herbicide diuron (N-(3,4 dichlorophényl)-N'-(diméthyl)-urée) par oxydation radicalaire. Des solutions de diuron (0,01 mg L-1 et 5 mg L-1) tamponnées à pH=7 ont été traitées par l'ozone et par le couple peroxyde d'hydrogène-ozone (0,35 mole/mole). Les doses d´ozone appliquées ont été de 2 mg O3 L-1 pour la solution de diuron à 0,01 mg L-1 et 6 mg O3 L-1 pour la solution à 5 mg L-1. Les temps de réaction utilisés ont été de 30 min pour la forte concentration en diuron et de 8 min pour la concentration faible. L'identification de quelques sous-produits par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CG-SM) a été réalisée sur les extraits des solutions traitées.
Les résultats montrent que lors de l'oxydation, le cycle aromatique est conservé pour trois sous-produits : la N-(3,4 dichlorophényl)-N-(méthyl)-urée (DCPMU), la N-(3,4 dichlorophényl)-N-(méthyl)-urée (DCPU) et la 3,4 dichloroaniline (DCA). Ces composés ont été identifiés à la fois dans les solutions de diuron traitées par l'ozone et dans celles traitées par le couple ozone-peroxyde d'hydrogène. La quantification du diuron et des sous-produits identifiés a été faite par chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Le pourcentage d'oxydation du diuron par l'ozone et le couple ozone-peroxyde d'hydrogène est élevé (respectivement 80% et 90%), pour les conditions expérimentales : Co =5 mg L-1 ; temps de réaction=30 min et ozone appliqué=6 mg L-1. Le dosage du carbone organique total (COT) a mis en évidence une minéralisation partielle de cet herbicide (" 50%). Le bilan massique de la réaction montre que le DCPMU est un des principaux sous-produits d'oxydation du diuron (de 5 à 7% de la quantité initiale de diuron).
Étude du traitement et du recyclage des eaux issues des serres horticoles
Authors: Langlais C. , Deniel F. , Wolbert D. , Tirilly Y. , Laplanche A. 
Published: July 2012

La gestion de l'eau dans les systèmes de culture hors-sol fait apparaître deux problèmes distincts. D'une part, les ressources en eau doivent être de bonne qualité et ne pas contenir de pesticides ou de germes pathogènes. D'autre part, les rejets fortement " chargés " en nutriments (NO3-, PO43-) polluants pour l'environnement, doivent être limités par le biais de leur recyclage ce qui implique nécessairement la désinfection des effluents.
La technique mise en œuvre pour obtenir cette maîtrise de la qualité tant chimique que microbiologique des solutions circulantes en culture hors-sol est celle d'une oxydation à l'ozone seul et couplé au peroxyde d'hydrogène dans des réacteurs constitués de mélangeurs statiques. Les conditions de traitement sont une dose d'oxydant de 10 g O3/m3 d'effluent à traiter, un rapport H2O2/O3 de 0,15 g/g pour un temps de contact dans le réacteur de l'ordre de la seconde. Etudié sur site dans le cadre du traitement de effluents de serre réels, le procédé s'est révélé tout à fait adapté pour abattre les pesticides (# 90 % pour l'atrazine), maîtriser la prolifération des micro-organismes (Flore aérobie mésophile, flore fongique) et en particulier des germes pathogènes (Clavibacter michiganensis, Fusarium, Pythium sp ).
Le procédé novateur O3/H2O2 sur mélangeurs statiques constitue donc pour les serristes une réponse nouvelle dont l'un des intérêts est de combiner les effets " détoxiquant " et désinfectant.
Hétérogénéité horizontale des peuplements microphytoplanctoniques et zooplanctoniques en relation avec les paramètres abiotiques dans la retenue El Kansera (Maroc)
Authors: Fqih Berrada D. , Berrada R. , Benzekri A. , Fahde A. 
Published: July 2012

La répartition horizontale du phytoplancton et du zooplancton a été étudiée dans le lac-réservoir El Kansera en période de stabilité thermique, en relation avec certains paramètres abiotiques (transparence, matières en suspension, conductivité, température, oxygène dissous, pH, nutriments azotés et phosphorés).
La répartition longitudinale du phytoplancton montre un gradient décroissant, avec des maxima de biomasse (poids frais) situés au 2/3 de la longueur du réservoir, et des pics de chlorophylle a enregistrés vers l'amont de la retenue. L'abondance du zooplancton suit une évolution quasi-analogue à celle du phytoplancton avec en plus, une répartition hétérogène des Rotifères et des différents stades de développement des Crustacés. Les Rotifères et les petits stades de développement des Cladocères ou des Copépodes sont concentrés dans la zone médiane du lac, tandis que les stades adultes de ces Crustacés dominent vers l'aval. La prédation vertébrée des " Carpes Chinoises ", associée à la mauvaise qualité de la nourriture algale en période d'étiage (blooms à Microcystis), seraient à l'origine de cette répartition. Les résultats de cette étude permettent de distinguer 3 zones de la retenue : la zone d'embouchure de l'oued** Beht (station S1) agitée, turbide et peu oxygènée est la moins productive, la zone médiane (stations S2 et S3), constituant la transition entre le milieu lotique et lacustre, est la plus enrichie en peuplements algaux et la plus peuplée par le zooplancton. Enfin, la zone lacustre proprement dite (stations S4 et S5) est assez productive et constitue un site idéal pour les adultes des Crustacés.
L'approche débit-durée-fréquence : historique et avancées
Authors: Javelle P. , Galéal G. , Grésillon J. M. 
Published: July 2012

La prévention du risque d'inondation nécessite une connaissance détaillée du régime hydrologique en crue du bassin étudié. Dans ce but, l'approche débit-durée-fréquence (QdF), développée depuis déjà plusieurs années, a permis de définir un modèle statistique décrivant les crues observées en fonction de leur débit, de leur durée et de leur fréquence. Un récent travail a revisité cette approche. Grâce à son nombre réduit de paramètres, le modèle proposé, appelé modèle local convergent, peut être facilement ajusté pour chaque bassin. Dans l'ancienne approche, que nous appelons approche " bassin de référence ", l'ajustement local avait été effectué sur seulement trois bassins, dits de référence, et réputés être chacun représentatif d'une typologie d'écoulement différente. Ces trois paramétrisations types ont ensuite donné lieu à trois modèles adimensionnels, capables de caractériser la majorité des régimes observés. Le modèle adimensionnel correspondant au régime du bassin étudié devait être dénormé par deux caractéristiques locales du bassin : le débit instantané maximal de crue décennale et une durée caractéristique de crue. Une comparaison du nouveau modèle, appelé modèle local convergent, et de l'approche type " bassin de référence " a été effectuée sur une cinquantaine de bassins jaugés. Elle met en évidence la robustesse du modèle convergent et permet de discuter du choix du modèle relatif à l'approche " bassin de référence ". Le modèle local convergent autorise d'envisager le développement d'un modèle QdF régional, s'inspirant de différentes méthodes de régionalisation. Ceci permettra alors une application à des bassins peu ou non observés.
Le péroxyde d'hydrogène en désodorisation physico-chimique : Rôle de la composition de la solution de lavage dans le mécanisme d'action
Authors: Féliers C. , Patria L. , Morvan J. , Laplanche A. 
Published: July 2012

La désodorisation physico-chimique en stations d'épuration s'effectue généralement par lavage basique oxydant pour piéger les espèces soufrées réduites telles que H2 S ou CH3 SH. L'utilisation du peroxyde d'hydrogène n'est pas encore répandue en comparaison de celle du chlore. Cette étude a été menée afin de déterminer le comportement de H2O2 en fonction de la composition de l'eau de lavage. L'influence des paramètres : concentration en métaux (fer, manganèse, cuivre et zinc), pH, [H2O2], [CO32-], [HS-] a été étudiée en utilisant un plan d'expériences. La décomposition de H2O2 et la concentration de radicaux libres ont été mesurées pour chaque expérience. En présence de métaux, un pH élevé et une forte concentration en peroxyde sont les deux paramètres principalement responsables d'une forte décomposition. Cette décomposition serait accompagnée d'une production de radicaux avec [HO°]max =10-13 M. Cette valeur mesurée de radicaux dans le milieu n'explique qu'une petite part de la décomposition de peroxyde observée. Par conséquent, la majorité de la décomposition est due à des réactions soit à la surface des oxydes, soit en solution avec les cations dissous. Le mélange de métaux et de carbonates à pH 10,5 présente un effet de synergie sur la décomposition de H2O2. Ces résultats démontrent que malgré le pouvoir oxydant des radicaux HO° formés, l'utilisation de H2O2 en désodorisation ne sera possible qu'avec l'ajout de stabilisant.
Optimisation de la concentration de biomasse dans un réacteur à lit fluidisé
Authors: Miháltz P. , Csikor Zs , Chatellier P. , Siklódi B. 
Published: July 2012

Une étude expérimentale de la dénitrification a été réalisée sur des bioréacteurs à lits fluidisés alimentés avec un effluent dont la teneur en nitrates peut atteindre 900 mg N-NO3- /l. Des mesures ont montré, qu'à ces concentrations, il n'y a pas d'inhibition des substrats (NO3- et éthanol). Le flux de nitrates éliminé par le réacteur a atteint 10 kg N-NO3- /m3j avec pratiquement 100 % d'élimination des nitrates. Ce flux semble toutefois dépendre de la quantité de biomasse dénitrifiante sur le support de sable.
Pour le contrôle optimal du procédé, il est indispensable de pouvoir
- déterminer facilement la concentration massique (G) de la biomasse
- éviter les valeurs extrêmes conduisant à une expansion trop importante du lit et à des limitations diffusionnelles.
Une étude préalable des auteurs a servi comme base pour établir la corrélation entre le gradient de pression dans le lit, exprimé en fonction de l'écart de masse volumique (Cp), et les valeurs de G. Une corrélation a été déterminée et les constantes validées pour une gamme de G allant jusqu'à 100 mg MVS/g support.
La concentration volumique de biomasse (X) a été ensuite établie à l'aide de paramètres caractérisant le comportement hydrodynamique du lit fluidisé. Dans le cas du système étudié, la valeur maximale de X est de 19 - 20 g MVS/l. Ceci correspond à des valeurs de G de 80-100 mg MVS/g support. Les corrélations obtenues peuvent servir pour le dimensionnement ainsi que pour l'optimisation de l'épaississeur du biofilm dans la conduite du réacteur.
Variations spatiotemporelles des compartiments autotrophes et hétérotrophes de la boucle microbienne dans les lacs du sud du Québec
Authors: Pinel-Alloul B. , Bourbonnais N. , Pick F. 
Published: July 2012

Les variations de la biomasse des compartiments autotrophes et hétérotrophes de la boucle microbienne ont été examinées dans neuf lacs de deux régions du sud du Québec. Six lacs étaient situés dans les Laurentides et trois lacs dans les Cantons de l'Est. Ils se différenciaient en fonction de leur statut trophique, de la géologie du bassin versant, et de la physicochimie des eaux. Dans chaque lac, l'échantillonnage a été réalisé à trois profondeurs correspondant aux strates épi-, méta- et hypolimnétiques et à cinq dates au cours de l'été (1990-1992). Les biomasses moyennes de picoplancton autotrophe (PPA : 16-80 µg·C·L-1), de picoplancton hétérotrophe (PPH : 97-647 µg·C·L-1), de nanoplancton autotrophe (NPA : 7-37 µg·C·L-1) et de nanoplancton hétérotrophe (NPH : 9-29 µg·C·L-1) notées dans les lacs du sud du Québec le long d'un gradient trophique de PT variant de 7 à 73 µg·L-1 étaient du même ordre de grandeur que celles rapportées pour d'autres écosystèmes d'eau douce au Canada.
La majeure partie de la variation dans les biomasses des compartiments microbiens étaient reliée aux variations inter-lacs mais il existaient aussi des sources de variation significatives au sein des lacs, soit au niveau spatial entre les strates limnétiques ou au niveau temporel entre les dates d'échantillonnage durant l'été. Toutefois, les patrons de variation spatiotemporelle intra-lac variaient d'un lac à l'autre. Les variations inter-lacs de la biomasse des quatre compartiments microbiens ont été mises en relation avec les changements dans les concentrations de phosphore total (PT) et dans les densités de macrozooplancton. Le niveau trophique des lacs, exprimés en PT, et l'abondance du macrozooplancton avaient un effet sur les biomasses des compartiments picoplanctoniques. La biomasse de PPA et PPH décroissait dans les lacs eutrophes des Cantons de l'Est ayant des concentrations de PT supérieures à 20 µg·L-1 et dans les lacs ayant de fortes densités de macrozooplancton ou un faible rapport micro-macrozooplancton. Notre étude n'a pas mis clairement en évidence les effets du niveau trophique ou du macrozoopancton sur les compartiments nanoplanctoniques (NPA, NPH).
Croissance en autotrophie et en mixotrophie de la microalgue Micractinium pusillum Fres. isolée d´un lagunage naturel : influence de la lumière et de la température
Authors: Bouarab L. , Loudiki M. , Dauta A. 
Published: July 2012

Dans le but d'étudier la dynamique des microalgues dans le lagunage naturel de Ouarzazate (sud du Maroc) et éventuellement sa modélisation, nous avons eu recours à la détermination des paramètres de croissance (µmax, Iopt et b) selon le modèle de PEETERS et EILERS (1978). À cet effet, Micractinium pusillum, algue verte Chlorococcale se développant dans les bassins de lagunage de la station pilote de Ouarzazate, a été isolée et mise en culture sur milieu synthétique (DAUTA, 1982) enrichi en azote et en phosphore sous des conditions contrôlées de lumière et de température.
En autotrophie, l'application du modèle de PEETERS et EILERS (1978) à la croissance de Micractinium pusillum, a permis la détermination des paramètres : µmax (0,58 j-1), I opt (182 µE·m-z·s-1) et b (0,1) à la température maximale de croissance de 35 °C. En mixotrophie et à la même température, ces paramètres sont respectivement de 0,85 j-1, 150 µE·m-z ·s-1 et 1. Comparativement à la croissance en autotrophie, la croissance de Micractinium pusillum en mixotrophie, en présence d'acétate, a mis en évidence la variation, selon le régime trophique de l'algue, des paramètres de croissance µmax, Iopt et b. La croissance en mixotrophie, comportement probable dans le lagunage naturel, a conduit particulièrement à l'élévation du taux de croissance et du coefficient b. La variation du coefficient b traduirait une certaine sténophotie de la microalgue en autotrophie et une tendance à l'euryphotie en mixotrophie. Cette étude a montré également que l'influence de l'intensité lumineuse sur la croissance varie en fonction du mode trophique.
Le sol, lieu d'échange et de transferts. Conséquences de leur utilisation par l'homme : un exemple français
Authors: Tessier D. 
Published: July 2012

Les sols exercent une multiplicité de fonctions de régulation entre l'atmosphère et les milieux aquatiques. Ceci est lié à leurs caractéristiques très variables dans l'espace, à la diversité des processus de nature physique, physico-chimique et biologique qui s'y déroulent, mais aussi à leur position d'interface entre l'atmosphère, le substrat géologique et les milieux aquatiques. Les échelles de temps qui président à sa genèse sont en général longues, du millier d'années au million d'années. Il s'agit donc d'une ressource non renouvelable à l'échelle humaine.
Les changements dans les pratiques agricoles ont profondément modifié le cycle de l'eau. Ainsi la perte de matières organiques des sols tend à amplifier l'encroûtement de surface et le ruissellement et conduit à une érosion importante des terres. Les prélèvements des cultures étant plus importants, la reconstitution de la réserve en eau des sols est souvent problématique les années sèches.
La science du sol doit fournir une réserve de connaissances dans laquelle la recherche appliquée puise des éléments d'interprétation de leur fonctionnement, et ce, afin de répondre aux besoins de l'agriculture et de l'environnement. Le sol doit alors être considéré comme un écosystème qui lui-même est une composante d'un écosystème plus vaste. Son étude nécessite de considérer une très large gamme d'échelles spatiales et d'échelles temporelles. Les évolutions des sols sont lentes et difficiles à déceler aisément. Les études sont donc complexes et nécessitent la durée. Elles permettent in fine d'évaluer les altérations possibles de ses diverses fonctions avec une estimation des risques résultant de cette altération. Ceci démontre qu'il convient de réévaluer le sol par rapport à ses fonctions environnementales, donc en ne se limitant pas à la seule fonction de production.
Influence du pH sur les propriétés des sols : l'essai de longue durée des 42 parcelles à Versailles
Authors: Pernes-Debuyser A. , Tessier D. 
Published: July 2012

Les pratiques de fertilisation et d'amendement peuvent contribuer à modifier profondément les propriétés des sols. Ceci est mis en évidence par le dispositif des 42 parcelles de l'INRA à Versailles qui reçoit chaque année les mêmes traitements depuis 1929. Il présente l'originalité d'être en jachère nue. Les résultats reportés ici reposent sur 16 traitements que nous comparons à une parcelle témoin. Le sol est à caractère limoneux avec 14 à 22 % d'argile. Le pH, la capacité d'échange au pH du sol (CECsol), et les cations échangeables ont été mesurés. Des mesures de porosité, de rétention de l'eau à différents potentiels de l'eau ont été effectuées.
Des variations considérables de pH sont observées. Les engrais ammoniacaux conduisent à des parcelles très acides (pH 3,5 à 5,0), à faible CECsol, essentiellement saturée par des cations aluminium. Dans les parcelles chaulées ou recevant des amendements basiques, le pH est tamponné à 8,2 par les carbonates. La CECsol double du sol acide au sol chaulé où elle est majoritairement saturée par du calcium échangeable. Avec les sels neutres (par exemple KCl, NaNO3) le pH n'a pas changé et pour le témoin il a légèrement baissé. Des observations de terrain montrent que ces différents états physico-chimiques sont en relation avec les états de surface du sol et influencent la porosité du sol en profondeur.
Ainsi dans les sols des régions tempérées la CECsol peut doubler dans un domaine très restreint de pH (6,0 à 7,5), orientant fortement les propriétés physiques des sols.