Dissertations / Theses on the topic 'Eau activée par plasma'

La décharge électrique glissante « Glidarc » dans l’air humide est une source de plasma non thermique efficace dans l’abattement de la pollution. Nous présentons dans ce mémoire l’utilisation des propriétés réactives en post-décharge temporelle (c'est-à-dire après extinction de la décharge) du glidarc. Nous avons considéré dans un premier temps la dégradation en milieu acide du méthylorange, un colorant azoïque. Après exposition de la cible pendant des durées brèves à la décharge plasma, la dégradation en post-décharge temporelle s’est effectuée suivant un processus global de 1er ordre avec conversion du colorant en N,N –diméthyl-4- Nitroaniline comme produit majoritaire. D’autre part, la post-décharge a été exploitée aussi pour inactiver les micro-organismes. Quatre micro-organismes dans les états planctonique et adhérent ont été considérés : Staphylococcus epidermidis et Leuconostoc mesenteroïdes comme bactéries à Gram positif, Hafnia alvei comme bactérie à Gram négatif et Saccharomyces cerevisiae comme modèle de levure. La post-décharge a été utilisée suivant deux voies : les cellules microbiennes étaient préalablement exposées la décharge pendant des durées brèves puis analysées en post-décharge ou alors elles étaient mises en contact avec une solution d’ « eau activée par plasma ». Dans tous les cas, on a obtenu des réductions significatives de la population microbienne suivant des cinétiques de 1er ordre. De tels résultas combinés avec la mise en évidence de la destruction par HNO2 et H2O2 suggèrent que les acides nitreux et peroxonitreux sont les principales espèces oxydantes impliquées dans le phénomène de post-décharge. Opérant en milieu acide, le rôle du cation nitrosonium NO+ a été également mis en évidence
The gliding electrical discharge "Glidarc" in the humid air is a source of non-thermal plasma at atmospheric pressure efficient for pollution abatement. We present in this thesis the benefit use of reactive properties in temporal post-discharge (i. E. After switch off the discharge) of glidarc. In the first step, we considered the degradation of acidic methyl orange, an azoic dye. After target exposure for short periods to the discharge plasma, a strong temporal post-discharge degradation of the dye giving N,N-dimethyl-4-Nitroaniline, as the major yellow intermediate product with a relevant overall first-order kinetics, was observed. On the other hand, post-discharge has also been used to inactivate micro-organisms. Four micro-organisms in planktonic and adherent forms were considered: Staphylococcus epidermidis and Leuconostoc mesenteroïdes as Gram-positive bacteria, Hafnia alvei as a gram-negative bacterium and Saccharomyces cerevisiae as a yeast model. The post-discharge was used in two ways: the microbial cells were previously exposed to discharge for short periods or they were inactivated by a solution of "plasma activated water”. In all cases, significant reductions of the microbial populations were achieved with 1st order kinetic. Such results combined with the identification of the destruction by HNO2 and H2O2 suggest that nitrous and peroxonitrous acids are the main oxidizing species involved in the temporal post-discharge phenomenon. As the operation takes place under acidic medium, the role of nitrosonium NO+ was also highlighted

Le procédé par lequel des forces sont transformées en signaux chimiques joue un rôle fondamental dans de nombreux processus biologiques. Ce travail de thèse a permis de mettre au point de nouvelles surfaces fonctionnelles synthétiques permettant de mimer ce comportement. Il s’agit plus précisément de contrôler l’adsorption d’objets biologiques tels que des protéines ou des cellules sur un support élastique modifié par plasma et présentant des récepteurs spécifiques. Ces récepteurs sont masqués par de longues chaînes de poly(éthylèneglycol) (PEG) qui sont également greffées sur la surface. L'étirement de celles-ci permet d'exhiber les sites d’adsorption ou les sites d'adhésion et de rendre ainsi la surface adhérente. Notre méthode est basée sur la polymérisation plasma de l’anhydride maléique. Cette fonctionnalisation permet de greffer à la surface de films silicones des fonctions carboxylique qui servent de points d’ancrage aux chaînes de PEG. Sur le même principe, la biotine ou les peptides d’adhésion (RGD) sont greffés dans un deuxième temps sur ce substrat. Nous montrons, qu’à l’état non étiré, ces ligands ne sont pas accessibles pour leurs récepteurs. Par contre, à l’état étiré, la surface devient spécifiquement adsorbante pour la streptavidine, l’anti-biotine et adhérente pour les cellules. Ces phénomènes sont parfaitement réversibles
The process by which forces are converted into chemical signals play a fundamental role in many biological processes. This thesis has to develop new functional synthetic surfaces to mimic this behavior. It is more precisely to control the adsorption of biological objects such as proteins or cells on an elastic support modified by plasma and presenting specific receptors. These receptors are masked by long chains of poly (ethylene glycol) (PEG) which are also grafted onto the surface. Stretching allows them to exhibit adsorption sites or adhesion sites and thus make the surface adhesive. Our method is based on the plasma polymerization of maleic anhydride. This functionalization can be grafted to the surface of silicone films carboxylic functions which serve as anchors points for the PEG chains. On the same principle, biotin or adhesion peptides (RGD) have been grafted in a second time on this substrate. We show that the non-stretched state, these ligands are not accessible to their receptors. On the other side, in the stretched state, the surface becomes specifically adsorbent to streptavidin, anti-biotin and also adherent for cells. These phenomena are perfectly reversible

Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est appliqué pour préparer des couches minces amorphes de TiO2 à basse température. Un recuit à 300 °C pendant un temps minimum de 4,5 h permet de former la phase cristalline anatase. Les principales caractéristiques de ces couches minces comme leur structure cristalline, leur microstructure, leur largeur de bande interdite et leur hydrophilie de surface, sont déterminées. Leurs performances fonctionnelles comme photocatalyseurs sont d'abord examinées selon le test breveté par Pilkington, consistant à éliminer sous irradiation UV de l'acide stéarique préalablement adsorbé sur les couches de TiO2 ici déposées sur des plaquettes de silicium. Des membranes M100 (couche continue de TiO2) et M800 (couche de TiO2 couvrant les grains de support) sont préparées sur les couches de surface macroporeuses de supports poreux en alumine, de tailles moyennes de pores respectives, 100 nm et 800 nm. Ces membranes sont testées en condition "statique", avec la diffusion d'un soluté organique dilué dans l'eau. Pour le bleu de méthylène, on montre que la quantité de composé détruit par unité de surface de membrane et par unité de temps est égale à 2 × 10-8 mol m-2 s-1 pour la membrane M100 et 1 × 10-8 mol m-2 s- 1 pour la membrane M800. Ces membranes sont également testées dans des conditions "dynamiques", à savoir en procédé baromembranaire, avec deux configurations différentes (couche photocatalytique du côté de l'alimentation ou du côté du perméat) et trois composés organiques différents (bleu de méthylène, acide orange 7 et phénol). La modélisation du procédé (adsorption et réaction photocatalytique) est finalement réalisée à partir des données expérimentales disponibles
Plasma-enhanced chemical vapor deposition is applied to prepare amorphous TiO2 thin films at low temperature. Post-annealing at 300 °C for minimal staying time 4.5 h is required to form crystalline anatase phase. Characteristics of the TiO2 thin films including crystalline structure, microstructure, band gap and surface hydrophilicity, are determined. Functional performance of these anatase thin films as photocatalysts is first examined with patented Pilkington assessment by removing, under UV irradiation, stearic acid initially adsorbed on TiO2 layers here deposited on silicon wafers. Membranes M100 (TiO2 continuous layer) and M800 (TiO2-skin on support grain) are prepared on the macroporous top layer of porous alumina supports with an average pore size of 100 nm and 800 nm, respectively. These membranes are tested in “static” condition under the effect of diffusion of an organic solute in water. For Methylene Blue it is shown that the quantity of destroyed compound per unit of membrane surface area and per unit of time is equal to 2×10−8 mol m-2 s-1 for M100 and 1×10−8 mol m-2 s-1 for M800. These membranes are also tested in “dynamic” conditions, i.e. pressure-driven membrane processes, with two different configurations (photocatalytic layer on the feed side or on the permeate side) and three different organics (Methylene Blue, Acid Orange 7 and phenol). Process modelling (adsorption and photocatalysis reaction) is finally carried out from the available experimental outputs

Le traitement des eaux industrielles usées est un enjeu pour la société. Notamment, les colorants très utilisés dans les produits manufacturés sont des polluants pour nos sources d'eau. Ce travail de thèse porte sur la dégradation de colorant(s) par un système de couche mince nanocomposite cuivre/carbone. Nos nanocomposites ont été élaborés grâce à un procédé plasma par pulvérisation cathodique en atmosphère réactive de cyclohexane (ou procédés hybride PVD/PECVD dépendant). Des études par spectroscopie d'émission optique et spectrométrie de masse ont été menées afin d'analyser le plasma lors de la phase de dépôt. Après leur synthèse, nos couches minces ont été caractérisées d'un point de vue structural (morphologie et microstructure), optique et électrique en fonction de différents paramètres de dépôt. Dans ce travail, le polluant utilisé est le carmin d'indigo classé dans la famille des indigoïdes célèbre pour la couleur bleu des jeans. Le suivi de la dégradation de ce colorant en solution aqueuse a été réalisé par spectrophotométrie UV-visible. Nos nanocomposites ont pu décolorer les solutions lors d'une illumination par une lampe halogène ou lors d'une phase de chauffage. Nous nous sommes intéressés à l'étude thermique de ce phénomène en fonction de différents paramètres (température, concentration initiale,…) et aux modèles thermodynamiques de cette réaction (Eyring et Arrhénius). Pour justifier la dégradation du colorant, un électro-nébuliseur couplé à un spectromètre de masse a été utilisé. Cette expérimentation montre que la molécule de carmin d'indigo a subi une perte de masse et que nos matériaux se comportent bien en catalyseurs
The treatment of industrial wastewater is an issue for the society. For instance, used dyes in manufactured products are pollutants for our waters sources. The thesis work focuses on dye degradation by thin films of copper/carbon nanocomposite. Our nanocomposites have been elaborated through a plasma method by a cathodic sputtering in reactive atmosphere of cyclohexane (hybrid process of PVD/PECVD). Studies by optical emission spectroscopy and mass spectroscopy have been carried out in order to analyze the plasma during the deposition. After elaboration, our thin films have been characterized from a structural (morphology and microstructure), electrical and optical point of view as a function of deposit parameters. In this work, we used indigo carmine as a pollutant. The dye belongs to the indigoid family and is commonly used for the blue color of jeans. The degradation of this dye in aqueous solutions has been monitored by UV-Visible spectrophotometry. Our nanocomposites have been able to discolour solutions by halogen lamp illumination or during moderate heating. The investigation focused on the thermal aspects of this phenomenon as a function of several parameters (temperature, initial concentration,…) with the help of thermodynamic models such as Arrhenius and Eyring. To justify the degradation of the dye, an electrospray ionization mass spectrometer has been used. It revealed that the molecule of indigo carmine underwent a loss of mass and that our materials perform as catalysts

Ce travail fait suite à une étude préliminaire de l'accroissement de l'effet barrière à l'eau résultant d'un traitement de surface par plasma froid CF4 sur des films de résines polyesters insaturés. Nous utilisons ici le même type de traitement sur un polyamide 12 (PA 12) pour modifier la perméance à l'eau et au toluène de ce matériau particulièrement utilisé au contact des hydrocarbures. La surface obtenue après la modification est caractérisée au moyen de différentes techniques (mesures d'énergie de surface, Spectroscopie de photoélectrons X et microscopie à force atomique) et ce, en prenant comme angle d'étude l'évolution des différents paramètres mesurés en fonction du temps d'exposition au plasma. L'influence du traitement sur le comportement perméamétrique du matériau est ensuite étudiée au moyen de deux techniques complémentaires : la sorption et la perméation, suivant le même angle d'étude. Une réduction en deux temps de la perméance aux deux liquides est observée, avec une diminution rapide pour les faibles temps de traitement puis une stabilisation après 8 minutes. Cette évolution est confirmée par celle de l'ensemble des paramètres de surface observés et se retrouve au niveau de la diffusion. Ce phénomène est attribué à une première étape de fluoration suivie de l'établissement d'un équilibre avec la dégradation engendrées par le plasma. La couche modifiée introduit un retard à la diffusion plus marqué dans le cas du toluène mais les mesures de sorption ont mis en évidence une réduction de solubilité, révélant une action du traitement plus en profondeur du PA12 telle qu'une modification de la cristallinité. Une étude complémentaire de l'effet d'un plasma CO2 sur le même matériau et vis-à-vis des mêmes perméants a conduit cette fois-ci à une augmentation de la perméance et de la diffusion de l'eau dans le matériau. La modification de surface permet donc d'en adapter l'affinité pour le perméant et ainsi d'augmenter ou d'ajuster les propriétés barrière à l'usage.

Malgré les ressources importantes en eau de la République Centrafricaine 70 % de la population ne dispose pas d’eau potable et la question se pose cruellement de potabiliser l’eau . Nous nous sommes intéressés à la technique d'adsorption sur une brique locale comme adsorbant aisément accessible pour purifier l'eau en milieu rural. Après traitement acide et dépôt de ferrihydrite à pH fixé, la brique s’est avérée être un bon adsorbant par échanges d'ions. Le composite obtenu, permet ainsi la rétention de cations métalliques tels : Fe2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Cd2+ et UO2+ et selon le traitement préalable d'anions tels les phosphates grâce aux charges opposées entre la surface du solide et les ions dans l'eau. L’influence de paramètres : temps de contact, température, masse d’adsorbant et pH, ont été pris en compte. La régénération sur colonne a été effectuée par une solution de NaCl ou de NaClO. L’étude analytique de cycles d’adsorption/désorption sur colonne a mis en évidence l’implication des espèces H+ et Na+ à l’interface « brique-eau ». Pour justifier nos hypothèses, diverses techniques ont été utilisées: Diffraction RX, MEB /EDS, IRTF, BET, RMN 23Na, 29Si, 27Al, 1H. Les mesures des adsorptions ont été suivies in situ par potentiométrie et conductimétrie.Les isothermes d'adsorption, la cinétique et thermodynamie des processus hétérogènes mis en jeu ont été abordés. Les mesures électrocinétiques ont confirmé l'implication de forces électrostatiques dans le mécanisme d'adsorption
Despite the great ressources of water in Centrafrican Republic, drinking water is not accessible for about 70% of the population in this country. To resolve this problem, waters need to be treated. We have chosen the adsorption technique,by using a local brick as adsorbant in the purification of water in rural region. After acid treatment and deposition of ferrihydrite at a fixed pH, brick was found to be a good adsorbant in the elimination : Fe2+, Pb2+, Zn2+,Cu2+, Ni2+, Cd2+, UO2+. This adsorption process was also applied to phosphates elimination. The effects of the parameters: contact time, temperature, mass of material, and pH were taken into account. Column regeneration was performed either by using NaCl solution or NaClO as eluent. The analytical studies of adsorption/desorption cycles on the column showed the implication of H+ and Na+ ions at the "brick-water" interface. Depending upon the treatment used, cations or anions could be adsorbed owing to the existence of opposite charges between solid surface and ions in water. To ascertain our assumptions, several techniques were used : X-Ray diffraction, SEM /EDS, FTIR, BET, 23Na, 29Si, 27Al, and 1H NMR. Adsorption measurements were also followed by potentiometry and conductimetry. Adsorption isotherms, kinetics and thermodynamie of heterogeneous processes involved were addressed. Electrokinetic measurements conformed the involvement of electrostatic forces in the adsorption mechanism

Dans ces travaux de recherche nous avons cherché à développer et optimiser un procédé d’oxydation avancée dédié au traitement de l’eau. Pour cela, Nous avons développé un procédé combinant la génération de radicaux hydroxyles par décharge plasma à pression atmosphérique et un catalyseur fixe. L’originalité de ce travail a été d’utiliser un système d’écoulement permettant l’obtention d’un film liquide (épaisseur < 1mm) afin de permettre une interaction entre le plasma, le liquide et la surface catalytique. Les résultats ont montré que la décharge de type DBD était préférable au Glidarc, plus thermique, plus énergétique et produisant trop de NOx. Les valeurs d’efficacités respectives ont été de 0,67 g.kWh-1 (DBD) et 0,23 g.kWh-1 (Glidarc). Les résultats ont également montré que le matériau de la surface d’écoulement pouvait influencer l’efficacité du procédé. Ainsi dans le cas du laiton, la présence de réactions de corrosion produisant des NO2- réduit l’efficacité de moitié comparée à une plaque d’acier. Le développement d’un modèle CFD 1D du procédé a également été effectué. Celui-ci a permis d’estimer que l’efficacité énergétique de production des HO⋅ est de 4,4.10-9 molHO.J-1 pour la décharge DBD. Il a également permis de montrer que les facteurs majoritairement limitants étaient la présence de réactions parasites telles que la recombinaison des HO⋅. Le modèle a également montré que les réactions chimiques ne durent pas plus de 1µs après l’impact du streamer et n’ont lieu que dans les premiers 5% d’épaisseur de liquide. Enfin, un dépôt catalytique de DLC dopé à l’argent et réalisé par rf-PECVD a permis d’améliorer de près de 10% l’efficacité maximale du procédé. Mots clés : Procédé d’Oxydation Avancée, décharge à barrière diélectrique, Glidarc, dépollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyseur, argent, modélisation CFD.
Dans ces travaux de recherche nous avons cherché à développer et optimiser un procédé d’oxydation avancée dédié au traitement de l’eau. Pour cela, Nous avons développé un procédé combinant la génération de radicaux hydroxyles par décharge plasma à pression atmosphérique et un catalyseur fixe. L’originalité de ce travail a été d’utiliser un système d’écoulement permettant l’obtention d’un film liquide (épaisseur < 1mm) afin de permettre une interaction entre le plasma, le liquide et la surface catalytique. Les résultats ont montré que la décharge de type DBD était préférable au Glidarc, plus thermique, plus énergétique et produisant trop de NOx. Les valeurs d’efficacités respectives ont été de 0,67 g.kWh-1 (DBD) et 0,23 g.kWh-1 (Glidarc). Les résultats ont également montré que le matériau de la surface d’écoulement pouvait influencer l’efficacité du procédé. Ainsi dans le cas du laiton, la présence de réactions de corrosion produisant des NO2- réduit l’efficacité de moitié comparée à une plaque d’acier. Le développement d’un modèle CFD 1D du procédé a également été effectué. Celui-ci a permis d’estimer que l’efficacité énergétique de production des HO⋅ est de 4,4.10-9 molHO.J-1 pour la décharge DBD. Il a également permis de montrer que les facteurs majoritairement limitants étaient la présence de réactions parasites telles que la recombinaison des HO⋅. Le modèle a également montré que les réactions chimiques ne durent pas plus de 1µs après l’impact du streamer et n’ont lieu que dans les premiers 5% d’épaisseur de liquide. Enfin, un dépôt catalytique de DLC dopé à l’argent et réalisé par rf-PECVD a permis d’améliorer de près de 10% l’efficacité maximale du procédé. Mots clés : Procédé d’Oxydation Avancée, décharge à barrière diélectrique, Glidarc, dépollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyseur, argent, modélisation CFD.
The aim of this research lies in the development and optimization of an advanced oxidation process dedicated to wastewater treatment. This process combines an atmospheric plasma discharge with an immobilized catalyst (Ag-DLC) in order to generate hydroxyl radicals. The novelty of this work relies in the use of a falling thin film system (thickness < 1mm) to promote the interaction between plasma discharge, the solution and the catalytic surface. The results demonstrate the interest of employing a Dielectric Barrier Discharge configuration instead of a Glidarc system. Indeed, the Glidarc system leads to a too high production level of NOx. The efficiencies of these two processes were respectively 0,67 g.kWh-1 and 0,23 g.kWh-1 for the DBD and the Glidarc system. Moreover, the influence of the counter-electrode / flowing plate material on the process efficiency was pointed out. Compared to stainless steel, the presence of corrosion reactions on the brass surface produced NO2- and thus, reduced the process efficiency. The production of HO⋅ radicals at the plasma / water interface was estimated to be 4,4.10-9 molHO.J-1 by the use of 1D CFD modeling. Side reactions such as HO⋅ recombinaison appear as the major limiting factors. Futhermore the model demonstrates that the time needed to complete all the chemical reactions was less than 1 µs and these reactions occurred only in the first 5% of the top liquid film. Finally with an Ag-DLC based catalytic coating elaborated by RF-PECVD, the efficiency was increased to 10% compared to the best efficiency observed with the non-catalytic system. Keywords : Advanced Oxidation Process, Dielectric barrier discharge, Glidarc, depollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyst, silver, CFD modelling.
The aim of this research lies in the development and optimization of an advanced oxidation process dedicated to wastewater treatment. This process combines an atmospheric plasma discharge with an immobilized catalyst (Ag-DLC) in order to generate hydroxyl radicals. The novelty of this work relies in the use of a falling thin film system (thickness < 1mm) to promote the interaction between plasma discharge, the solution and the catalytic surface. The results demonstrate the interest of employing a Dielectric Barrier Discharge configuration instead of a Glidarc system. Indeed, the Glidarc system leads to a too high production level of NOx. The efficiencies of these two processes were respectively 0,67 g.kWh-1 and 0,23 g.kWh-1 for the DBD and the Glidarc system. Moreover, the influence of the counter-electrode / flowing plate material on the process efficiency was pointed out. Compared to stainless steel, the presence of corrosion reactions on the brass surface produced NO2- and thus, reduced the process efficiency. The production of HO⋅ radicals at the plasma / water interface was estimated to be 4,4.10-9 molHO.J-1 by the use of 1D CFD modeling. Side reactions such as HO⋅ recombinaison appear as the major limiting factors. Futhermore the model demonstrates that the time needed to complete all the chemical reactions was less than 1 µs and these reactions occurred only in the first 5% of the top liquid film. Finally with an Ag-DLC based catalytic coating elaborated by RF-PECVD, the efficiency was increased to 10% compared to the best efficiency observed with the non-catalytic system. Keywords : Advanced Oxidation Process, Dielectric barrier discharge, Glidarc, depollution, rf-PECVD, Diamond-Like Carbon, catalyst, silver, CFD modelling.

Le contrôle de la formation des biofilms est un enjeu économique majeur pour un grand nombre de secteurs économiques comme la distribution d’eau potable. De nombreuses voies sont explorées pour contrôler leur développement. Ces travaux proposent d’explorer la possibilité de prévenir l’adhésion bactérienne en exploitant les propriétés mécaniques de surface de films minces obtenus par polymérisation plasma basse pression à partir de deux précurseurs : le 2-(diméthylamino)éthyl méthacrylate (DMAEMA) et l’hydroxyéthyl méthacrylate (HEMA). Les résultats des caractérisations des propriétés de surface (AFM, IR, XPS, mouillabilité, nanoindentation par AFM) de ces films minces ont montré qu’il est possible de contrôler les propriétés mécaniques des dépôts polymères plasmas, notamment du HEMA, tout en conservant des propriétés chimiques similaires. Les propriétés d’anti-adhésion bactérienne des films minces HEMA ont été évaluées en utilisant une souche Escherichia coli SCC1 au cours de culture statiques et dynamiques. Ces cultures ont montré que lorsque les propriétés mécaniques de surface sont de l’ordre de 600kPa, elles induisent des propriétés d’anti adhésion et une forte mobilité des bactéries. Sous flux, ces propriétés sont exaltées avec aucune bactérie détéctée au bout de deux heures. Afin de pérenniser cette solution sur plusieurs dizaines d’années, un système multicouche a été développé afin de conduire à un renouvellement périodique des propriétés antibactériennes. De plus, cette stratégie a été développée par polymérisation plasma à pression atmosphérique dans l’optique de son industrialisation
Control of biofilm formation is a major economic challenge for a large number of economic sectors such as the distribution of drinking water. Many strategies have been explored to fight against their development. This work proposes to explore the possibility of preventing bacterial adhesion by playing with mechanical surface properties. To do this, low pressure plasma polymerization of two precursors: 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate (DMAEMA) and hydroxyethyl methacrylate (HEMA) has been explored. The results of surface characterizations (AFM, IR, XPS, wettability and AFM nanoindentation) of these thin films showed the possibility to obtain different mechanical properties in wide range (kPa to MPa) with similar chemical surface properties. Bacterial anti-adhesion properties of these films were evaluated using an Escherichia coli SCC1 strain during static and dynamic cultures. These results showed that mechanical surface properties around 600 kPa induced very good bacterial anti-adhesion properties and also revealed mobility of bacteria on the surface. Under flow, these properties were highlighted with almost no bacterial detected after two hours. In order to prolongate the life time of these properties, multilayer system has been proposed and synthesis of these plasma polymer multilayer has been studied at atmospheric pressure for industrial scale up

Le choc laser est un procédé de plus en plus répandu qui utilise l’énergie laser pour générer des ondes de choc et inclure des effets mécaniques dans les matériaux ciblés. Lorsque l’énergie laser est absorbée par la cible, un plasma d’interaction est créé à la surface du matériau. Ce plasma, lors de sa détente, génère une onde de choc qui se propage. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse s’inscrivent donc dans une démarche globale de compréhension des phénomènes liés à l’interaction laser-matière. Dans le domaine des ondes de choc générées par laser, on peut distinguer deux procédés : Le traitement de surface par choc laser (LSP - Laser Shock Peening) et le test d’adhérence par choc laser (LASAT - LASer Adhesion Technique). Aujourd’hui la question se pose sur les limitations des procédés de choc par laser et sur les solutions à mettre en place pour pallier à ces limitations. Des idées sur l’amélioration des confinements, comme substitution à l’eau, ou encore l’optimisation des revêtements protecteurs ont été proposées. Par ailleurs, au cours de ces travaux de thèse, l’utilisation de deux impulsions laser a permis, dans le cas du procédé LASAT, l’optimisation de la traction générée aux interfaces des multimatériaux et ainsi de rendre le procédé plus robuste. De plus, dans le cas du procédé LSP, les aspects de rentabilité liés à la cadence de traitement ont été étudiés. Finalement, que ce soit pour les décalages en temps faibles (entre 0 et 1000 ns) ou bien les décalages importants (entre 200µs à 200ms), l’étude des phénomènes liés à l’interaction laser-matière a permis de franchir certaines limitations pour les deux procédés
The laser shock wave generation is a novel process becoming more and more common. The shock waves are used to generate mechanicals effects in the sample. The laser absorption results in the creation of a plasma at the surface. This plasma during its expansion creates a shock wave propagating through the sample. This work aims to study the various phenomena involved in the laser-matter interaction. In the field of laser generated shock waves, two different processes exist: the Laser Shock Peening (LSP) and the LASer Adhesion Technique (LASAT). The new challenge deals with the limitations of those processes and the solutions to be setting up to improve them. Some ideas concerning the confinement improvement as water substitution or thermal coatings optimization are suggested in this work. Moreover, the use of double delayed laser pulses allows, for LASAT, the location of main tensile stresses near interfaces. However, for LSP, some aspects dealing with the profitability linked to the peening rate are investigated here. Last but not least, whether the very short (0 to 1000 ns) or very long delays (from 200µs to 200ms), the study of the laser-matter interaction phenomena allows to overcome some limitations for both laser shock processes

L'objectif de ce travail a été la mise au point de deux procédés de traitement de surface par voie plasma destinés à l'amélioration des propriétés de résistance à la corrosion d'un acier (HLE S235). Des films d'oxyde de silicium (SiOxCy) ont été déposés sur des substrats d'acier par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) à basse pression et à pression atmosphérique. L'héxaméthyldisiloxane (HMDSO), qui est un organosilicié, a été utilisé comme précurseur. Ces films affichent de très prometteuses propriétés anticorrosion et d'adhésion. Les performances de perméabilité aux gaz et aux liquides des couches déposées par plasma (PECVD) sont très fortement liées à leur composition chimique (présence de carbone, absence de silanol) et à leur structure (épaisseur, densité, volume libre etc...). Celles-ci dépendent des conditions du procédé de polymérisation, c'est à dire des paramètres du plasma tels que la pression, la puissance, le débit d'oxygène, le débit de monomère, le temps de traitement? Les analyses concernant la morphologie du dépôt ainsi que sa composition ont été nécessaires afin de caractériser les dépôts. Nous avons pu obtenir des couches épaisses, continues, lisses, peu poreuses, contenant du carbone. L'efficacité des procédés de dépôts de films d'oxyde de silicium a été validée par l'étude des propriétés de protection contre la corrosion des films par voltampérométrie et par impédancemétrie en milieu NaCl 0,5 M aéré. Pour des conditions optimales de traitement, aussi bien à basse pression qu'à pression atmosphérique, les propriétés anticorrosion ont été nettement améliorées et persistent pour des temps d'immersion importants (Rp stabilisée après 25 h). Un pré-traitement à l'oxygène à basse pression a permis d'augmenter l'adhérence des couches au substrat et donc la protection contre la corrosion pour les dépôts réalisés à basse pression et à pression atmosphérique. Les résistances de polarisation ainsi obtenues ont atteint une valeur de 191 kOhm.cm² et 550 kOhm.cm², respectivement (acier non traité : 1,2 kOhm.cm²).

Le sélénium est un élément trace naturellement présent dans l’environnement. En France, plusieurs collectivités du département de la Vienne sont desservies par une eau dont la concentration en sélénium est supérieure à la norme (10 µg. L-1), nécessitant le recours à des dérogations. L’objectif principal de cette étude était de quantifier le niveau d’exposition individuelle au sélénium de la population générale adulte résidant dans ces différentes communes. Les méthodes employées ont permis d’une part, l’estimation des apports séléniés quotidiens (méthode par questionnaire et méthode des journées dupliquées) et d’autre part, la comparaison d’imprégnation corporelle à des sujets non exposés (concentration en sélénium des coupures d’ongles). Ces approches ont été complétées par l’administration d’un questionnaire de santé et l’analyse de quelques aliments produits localement. Le sélénium total a été quantifié par la technique ICP-MS, sous contrôle-qualité. Les résultats ont montré que les sujets n’étaient pas exposés à des doses toxiques de sélénium : les apports quotidiens et les concentrations des coupures d’ongles en sélénium étaient inférieurs aux valeurs observées dans des zones de toxicité due au sélénium. Enfin, il n’a pas été retrouvé de différences significatives concernant l’état de santé général des groupes exposés et non exposés, ni entre la concentration en sélénium des aliments produits localement et ceux produits en France
Selenium is a trace element which is naturally present in the environment. In France, several municipalities in the Vienne department have selenium contents in drinking water over the standard (set at 10 µg. L-1). The objective of this work was to evaluate selenium exposure of the adult population living in these municipalities. Several methods were used to estimate intakes of selenium (by the use of questionnaires and by duplicate diet method), to compare selenium status (toenail selenium concentration) and health aspects with an unexposed group, and, to determine selenium concentration of locally produced foods. Total selenium was quantified by ICP-MS. Results showed that subjects were not exposed to toxic quantities of selenium: intakes of selenium and selenium toenail concentrations were below observed values in toxic seleniferous area. Finally, no significant difference was observed concerning health of exposed and unexposed group and concerning selenium concentration of locally produced foods and national ones

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de développement d'un procédé de détections de polluants dans l'eau au moyen d'un dispositif d'ablation laser. L'impact d'un faisceau laser sur un matériau permet de vaporiser le milieu et de générer un plasma. L'analyse spectroscopique du gaz ionisé permet de remonter à la composition élémentaire de l'échantillon. Cette méthode d'analyse, applicable à tous types de milieux (solides, liquides, gazeux, isolants ou conducteurs) est connue sous le nom de LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). Un laser Nd : Yag (? = 532 nm, durée d'une impulsion 4ns, énergie déposée 30 mJ, fréquence des tirs 5 Hz) a été utilisé pour générer un plasma à la surface de cibles liquides contenant une faible proportion de sels d'alcalins (5. 10-4 à 2 mol/litre de CaCl2, MgCl2 et NaCl). Ce travail a permis de tester la sensibilité du procédé et de définir les limites de détection des espèces Ca, Mg et Na jouant le rôle d'impuretés. Différentes techniques de diagnostic par spectroscopie optique en émission basées sur l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local (ETL) ont également été mises en œuvre pour caractériser le panache de plasma dans sa phase d'extinction (température et densités d'espèces). La seconde partie de ce travail de thèse a été consacrée au développement de codes de calcul de la composition chimique et des propriétés radiatives du plasma avec notamment la détermination des coefficients moyens d'absorption k? (m-1) par bandes de fréquence et du coefficient d'émission nette ?N (W. M-3. Sr-1) qui représente la puissance totale rayonnée par le plasma. Les différentes contributions ont été traitées séparément dans le calcul : raies d'émission atomiques auto-absorbées et non auto-absorbées, continuum atomique (attachement radiatif, recombinaison radiative et rayonnement de freinage électron - ion et électron - atome), continuum moléculaire (photoionisation, photoattachement et photodissociation) et bandes moléculaires. L'influence de la pression, de la dimension du panache de plasma, de la concentration en impuretés (sels d'alcalin) et du pourcentage d'air provenant du pompage du gaz environnant a été étudiée
This thesis is part of a project concerning the development of a process which enables the detection of pollutants in water using a laser ablation device. The impact of a laser beam on a material allows to vaporize it and to generate a plasma. The elementary composition of the sample is obtained by the spectroscopic analysis of the ionized gas. This method, applicable to any kind of materials (solid, liquid, gaseous, insulating or conductive) is known as LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). A Nd: Yag laser (lambda = 532 nm, pulse duration 4ns, deposited energy 30 mJ, frequency 5 Hz) is used to generate a plasma on the surface of liquid targets containing weak proportions of alkaline salts (5. 10-4 to 2 mol/liter of CaCl2, MgCl2 and NaCl). This work allowed to test the sensibility of the process and to define the detection limits of the species Ca, Mg and Na acting as impurities. Various optical emission spectroscopy diagnosis techniques based upon the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) are used to characterize the plasma plume in its extinction phase (temperature and species densities). The second part of this thesis is dedicated to the development of calculation codes enabling the determination of the chemical equilibrium composition and radiative properties: the mean absorption coefficients k\lambda (m-1) by frequency bands and the net emission coefficient epsilon\N (W. M-3. Sr-1). .

Les stations d'épuration des eaux usees urbaines par boues activées sont soumises à des débits et flux polluants fortement variables dans le temps. L'objectif du présent travail est d'étudier l'influence de ces variations sur la dégradation de la pollution soluble. La caractérisation et la décomposition en série de Fourier des débits et concentrations (demande chimique en oxygène et matières en suspension) à l'entrée de la station de Nancy-Maxéville permettent de les représenter par une équation mathématique simple de type sinusoïdal. Les essais sont réalisés sur un pilote, constitué de deux réacteurs parfaitement agités contenant les boues activées et d'un décanteur, alimenté par une solution de viandox. Le pilote est commandé par un micro-ordinateur qui permet notamment de soumettre le système a des variations de débit et/ou de concentration en créneaux 12 heures/12 heures ou en sinusoïde. L'étude montre qu'il se produit une formation de métabolites au cours de la dégradation biologique. Le modèle établi, qui prend en compte cette production, représente de façon satisfaisante les résultats expérimentaux. Ce modèle est également utilisé pour simuler la dégradation de la pollution soluble dans l'aérateur de la station de Nancy-Maxéville. Les influences respectives de l'hydrodynamique du réacteur biologique et du décanteur secondaire sont déterminées

Ce travail de thèse a permis le développement d'un procédé de traitement de l'eau par couplage plasma/catalyse. Les traitements plasma ont été réalisés dans deux réacteurs différents : un réacteur pointe/plan et un réacteur dynamique. Ces deux réacteurs autorisent un contrôle de l'atmosphère gazeuse du traitement. La faisabilité de la dégradation d'acide acétique a été prouvée. Certains paramètres de traitement en réacteur pointe/plan (gaz de traitement, du débit gazeux et de la fréquence de la décharge) et dynamique (débit de recirculation de phase liquide, concentration du polluant et puissance injectée) ont été étudiés.Une modélisation du procédé en utilisant les logiciels Comsol Multiphysics et Scilab a été menée. Grâce à elle, la manière dont les espèces actives (essentiellement les radicaux hydroxyles) sont apportées à la solution a été mise en évidence.Une poudre de catalyseur de Co3O4 a été étudiée dans le but de coupler le traitement plasma avec un traitement catalytique. Pour cela, des manipulations d'ozonation catalytique ont été entreprises. Elles ont mis en exergue l'efficacité du catalyseur pour la décomposition de polluants.Finalement, le couplage plasma/catalyse a présenté des résultats encourageants, puisqu'une amélioration de la décomposition des polluants a été observée.Les points d'amélioration peuvent consister à optimiser la quantité et la forme des électrodes haute tension utilisées (électrodes en parallèle, de géométrie plane, etc.). Le dépôt de catalyseur en couche mince sur l'électrode de masse par la technique PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) devra être réalisé
This work enabled the development of a method of water treatment by plasma/catalysis coupling.The plasma treatments were carried out in two different reactors: a point/plane reactor and a dynamic reactor.Both reactors allow to control the gas atmosphere of the treatment. The feasibility of the degradation of aceticacid has been proven. Some processing parameters in the point/plane reactor (treatment gas, gas flow rate andfrequency of discharge) and the dynamic reactor (liquid phase flow, concentration of the pollutant and injectedpower) were studied.A modeling of the process using Comsol Multiphysics and Scilab softwares was conducted. It was possible toobserve the importance of the way active species (mainly hydroxyl radicals) are brought to the solution.A Co3O4 powder catalyst was studied in order to couple the plasma treatment with a catalytic treatment. Thus,manipulations of catalytic ozonation were conducted. They highlighted the efficiency of the catalyst for thedecomposition of pollutants.Finally, the plasma/catalysis coupling produced promising results, since it improved the decomposition ofpollutants.Possible improvements of the process could be to maximize the amount of high voltage electrodes and toredesign their shape (electrodes in parallel, plane geometry, etc.). Depositing a thin layer of catalyst on thegrounded electrode by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) technique has to be performed

Ce mémoire concerne la décontamination et la gazéification d'effluents organiques aqueux à l'aide d'une technologie utilisant des plasmas d'arc immergé. Le concept consiste à utiliser d'une part les hautes températures du plasma d'arc pour décomposer les composés organiques et d'autre part la trempe thermique (de l'ordre de 107-108K/s) obtenue par immersion du gaz produit dans la solution à traiter. Deux types de plasmas d'arc sont étudiés: un arc électrique immergé produit entre deux électrodes de graphite et un jet de plasma généré par une torche à plasma d'arc non transféré. Pour les effluents faiblement concentrés « 1 g/L) et contenant des molécules réfractaires aux traitements biologiques, les radicaux hydroxyles OH° produits en continu par l'éjection d'un jet de plasma dans la solution permettent la minéralisation complète en dioxyde de carbone et en eau des molécules; les hétéroatomes sont convertis en ions solvatés. Les décompositions de molécules telles que les chlorophénols et l'aniline, sont étudiées. Un mécanisme réactionnel est proposé à partir des produits intermédiaires identifiés. Le réacteur expérimental met en oeuvre le phénomène de gazosiphon: il assure la recirculation simultanée des phases liquide et gazeuse qui est évaluée par la mesure des vitesses issue de l'analyse d'images obtenues par cinématographie rapide. La simulation numérique du phénomène de recirculation est réalisée à l'aide d'un code CFD. Les vitesses obtenues lors de la simulation sont confrontées aux résultats expérimentaux. Pour les effluents plus fortement concentrés (> 100 g/L), le cracking thermique des molécules organiques conduit à la production d'un gaz de synthèse riche en monoxyde de carbone et en hydrogène (45 % de H2 et 45 % de CO quand on utilise le procédé à arc électrique immergé). Les deux types de plasmas d'arc sont évalués pour cette application. L'effluent est simulé par une solution de fructose et de glucose (quelques centaines de g/L). L'étude de l'arc électrique immergé est réalisée par spectroscopie d'émission optique et par cinématographie rapide. L'étude de la gazéification par plasma thermique est faîte selon une approche « génie des procédés » à l'aide d'un plan d'expériences. Des essais avec des effluents issus de l'industrie oléicole et papetière complètent ces travaux
This work is concemed with decontamination and gasification of aqueous organic liquid waste by immersed thermal plasma technology. Ln this concept, the organic compounds are decomposed into gas by high temperature plasma. A quench of about 107-108 K/s, is obtained by immersion into a given effluent. Two kinds of arc plasma are studied. The first one is an immersed electrical arc stricken between two graphite electrodes. The second one is a plasma jet generated by a non- transferred plasma torch. For dilute liquid waste (1g/L) containing molecules incompatible with conventional biological processes, the hydroxyl radicals (OH˚) are continuously produced by the plasma jet directly into the solution allowing complete molecule mineralization into carbon dioxide and water. The heteroatoms, if present, are converted into solvated ions. The decomposition of the molecules, such as chlorophenols and aniline, are studied. Considering the identified intermediate products, a reaction mechanism is proposed. For each tested molecules, their concentration decreased at least of 90 percent. Based on the "gasosiphon" phenomenon, the experimental reactor insures the simultaneous recirculation of both gas and liquid phases. The hydrodynamic was studied using in situ high frequency imaging technology. A CFD code was applied for numerical simulation of the observed recirculation phenomena. The results were compared with obtained experimental data. Ln the case of concentrated liquid waste (> 100 g/L), syngas was produced by thermal cracking of organic molecules. The best measured composition of the gas is about 45% v/v of H2 and 45 % v/v of CO when an electrical arc is used. The usability of both studied plasma types were investigated in this field. The experimental study was carried on using fructose and glucose solution (severnl hundreds g/L) as surrogated effluent. With a specific injection method, gasification rate is about 30 % with one way. Optical Emission Spectroscopy and high frequency imaging were applied to investigate the immersed electrical arc. The thermal plasma gasification is investigated through a" process engineering" approach. To this aim, factorial test plan was built and done. Trials with liquid waste from olive oil and paper industries complete this work

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la fixation d'un catalyseur métallocène sur un film de polyéthylène haute densité (PEhd) exposé à un plasma froid de dioxyde de carbone. Il s'inscrit dans le cadre de recherches menées au sein du Laboratoire depuis plusieurs années et qui visent à élaborer des matériaux polymères présentant des propriétés superficielles spécifiques. Pour atteindre ce but, notre démarche a consisté d'une part, en l'étude des modifications superficielles ainsi que des mécanismes réactionnels se produisant à l'interface plasma-polymère et d'autre part, en l'exploitation des sites carboxyliques superficiels engendrés par le traitement plasma en vue de la fixation du catalyseur de 4ème génération.
Les espèces réactives du plasma de dioxyde de carbone (ions, métastables,...) induisent une modification des propriétés physico-chimiques superficielles du polymère se traduisant principalement par une fonctionnalisation sous forme de groupements oxygénés. Une dégradation superficielle ainsi qu'une cristallisation et une réticulation sont également observées. La fonctionnalisation superficielle sous forme d'acides carboxyliques se produit suivant un mécanisme faisant intervenir les espèces actives CO2 du plasma. L'oxygène atomique (O3P et/ou O1D) créé lors de la décharge plasma apparaît largement responsable du processus de dégradation se caractérisant par l'apparition d'une faible rugosité en surface du matériau ainsi que par la formation de produits de faible masse.
La fixation du catalyseur métallocène (Ind2MCl2) a été réalisée par étapes successives sur le support de polyéthylène traité. L'existence d'une seule espèce catalytique liée à la surface de façon covalente permet la synthèse de polymères de distribution en masse étroite. La réutilisation du catalyseur supporté, sans perte notable d'activité, ni modification des caractéristiques du polymère synthétisé, est également montrée. Une modélisation moléculaire permet de définir la conformation méso comme étant d'un point de vue énergétique la plus stable et ce, de façon d'autant plus marquée que les interactions entre ligands aromatiques augmentent. La nature de la tacticité du polystyrène synthétisé est expliquée par la conformation du catalyseur supporté.

La première partie de ce travail porte sur le développement de méthodes pour l'analyse de spéciation d'éléments métalliques à des niveaux de concentration ultra-trace dans des matrices environnementales complexes telles que les eaux de mer et les eaux estuariennes. L'utilisation d'une chaîne analytique de spéciation basée sur l'utilisation d'un module de photolyse UV en ligne et d'une plateforme de préconcentration/élimination de matrice utilisant des résines chélatantes, permet de séparer et de déterminer avec précision les espèces métalliques labiles et complexées. Cette chaîne analytique est utilisable directement sur le terrain dans le cadre d'études de spéciation, ou bien, peut être couplée directement à un spectromètre de masse à plasma induit afin de réaliser une analyse en ligne. Une procédure simultanée de détermination du Cd par dilution isotopique a été développée et a permis d'améliorer significativement la précision des mesures. La deuxième partie de ce travail porte sur l'étude du cycle biogéochimique des éléments traces dans l'estuaire de l'Adour. Cet estuaire macrotidal urbain est caractérisé par une très faible turbidité et un temps de résidence des masses d'eaux dans la zone estuarienne très faible. L'étude des différentes sources de micropolluants démontre que la pression anthropique exercée sur le milieu est faible en période de temps sec puisque la majorité des flux métalliques entrant dans la zone estuarienne est liée aux apports du bassin versant. Exception est faite pour l'Argent et le Monométhylmercure dont les contributions anthropiques sont estimées autour de 28 % et 9 %, respectivement, en période d'étiage. L'étude de la spéciation des éléments traces métalliques le long du gradient de salinité indique d'intenses transformations entre les espèces métalliques labiles et complexées et les différents compartiments (dissous, particulaire). Cette étude démontre l'importance des propriétés de complexion dela matière organique et de ses transformations dans la dynamique et la réactivité des éléments traces métalliques dans les estuaires
The first part of this work involves the development of an analytical method for the speciation analysis of metals at ultratrace levels in complex matrices such as seawater and estuarine water. This analytical speciation system is composed of a first UV on-line photolysis module and a second preconcentration/matrix elimination platform employing chelating resin that allow to discriminate labile from complexed metal forms. This analytical speciation system can be directly employed for field speciation studies, or directly coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometry for flow injection analysis. The simultaneous application of isotope dilution technique for Cd determination is also presented. The second part of this work has allowed for the first time to study the biogeochemical cycle of trace elements in the Adour Estuary. This urban macrotidal estuary is characterized by a very low turbidity and a low time of residence for both water and particles. The study of trace metals sources demonstrate first that the anthropogenic pressure is limited under dry weather conditions compared to the upstream inputs that represent the majority metals fluxes entering the estuary. Exception can be distinguished for anthropogenic Ag and MMHg representing 28% and 9% respectively of the total inputs under low discharge conditions. Second, the detailed attention of biogeochemical processes occurring within estuarine mixing indicates important dynamic exchanges and transformations between metals forms and phases. Most of the processes are assumed to be linked to organic matter complexation properties and transformations occurring during estuarine transfer

Les matières organiques naturelles (MON) présentes dans les ressources en eau est une problématique majeure dans les filières de production d’eau potable. Cette problématique liée à la présence et à l'augmentation continue des teneurs en carbone organique, en particulier dans les eaux de surface, et son impact sur les filières de potabilisation, a donné naissance au projet DOC2C’s dans le but d'étudier et de proposer des moyens durables pour réduire la MON. L'objectif de cette étude était de fournir une technique innovante pour la caractérisation de la MON et de ses complexes avec les métaux traces. Cette étude a été réalisée en utilisant plusieurs techniques comme la chromatographie d'exclusion stérique (HPSEC) couplée à des détecteurs spectraux (UV et Fluorescence) et à un détecteur élémentaire (ICP-MS). Les méthodes développées ont été appliquée sur des pilotes de traitement et à grande échelle, dans les usines de potabilisation, pour suivre l'évolution de la MON pendant le traitement et la formation potentielle de sous-produit de désinfection (SPD). La substance humique de la MON, dont on connait hydrophobicité, contribué plus à la formation de SPD, tandis que les fractions légères et les plus hydrophiles y contribuent moins. Nous avons montré l'efficacité d’élimination de la MON sur des filières de traitement à l’échelle pilote, ainsi le processus de coagulation permet d’éliminer presque tous les biopolymères, 38 % des substances humiques et 17 % des substances à faible poids moléculaire. Les résines échangeuses d'ions en suspension a éliminent 75 % des substances humiques, 70 % des building blocks, 78 % des acides de faible poids moléculaire et 81 % des neutres de faible poids moléculaire, tandis que l'ultrafiltration sur membranes céramiques semble n'avoir eu qu'un faible impact sur les biopolymères. Les résultats obtenus à l'aide des détecteurs spectraux ont été comparés à ceux d'un détecteur de carbone (LC-OCD). Il a été démontré que la composition de la fraction de biopolymère ressemblait à des protéines, responsables de sa fluorescence semblable à celle du tryptophane. Les propriétés de complexation des différentes fractions de la MON ont également été étudiées après séparation par taille. Le détecteur élémentaire (ICP-MS) a permis de mettre en évidence les fractions préférentielles pour les métaux. Par exemple, alors que le Cu se complexe avec toutes les fractions de la MON, le Zn et le Pb préféraient se complexer avec le building blocks. La compétition entre des métaux traces et différentes fractions de la MON a également été observées. Une méthode quantitative innovante a également été mise au point avec un étalonnant la SEC-ICP-MS en utilisant l'EDTA comme ligand et validée à l’aide des étalons IHSS de matière organique (SRHA, SRFA) pour les ligands et les solutions étalons de Cu, Mn et Zn
Natural organic matter (NOM), present in waters poses severe challenges to all stages of drinking water treatment. A disturbing phenomenon is the rapid changes in the quantity and quality of NOM observed recently, which necessitates the adaptation of drinking water treatment processes. This worrying trend gave birth to the Interreg DOC2C's Project which sought to investigate the possibility of improved NOM removal from surface waters through innovative, knowledge and research based methods. The goal of this study was to provide an innovative technique for the characterization of NOM and its complexes with trace metals. This study was performed with the help of a size exclusion chromatography (HPSEC) coupled with spectral detectors (UV and Fluorescence) and an elementary detector (ICP-MS). The developed methodology was applied to both pilot and full-scale drinking water treatment plants to monitor the evolution of NOM during treatment and the potential formation of disinfection by products (DBPs). The humic substance fraction of NOM which is known to be more hydrophobic contributed most to DBP formation while the LMW and hydrophilic fractions contributed least. After humic substance removal, the decrease in DBP formation was related to the removal of building blocks. In quantifying NOM removal efficiency of pilot water treatment plant, coagulation process removes almost all biopolymers, 38% of humic substances and 17% of low molecular weight (LMW) substances, with little impact on building blocks. Suspended ion exchange resin eliminates 75% of humic substances, 70% of building blocks, 78% of LMW acids and 81% of LMW neutrals, while ultrafiltration on ceramic membranes seems to have had only a small impact on biopolymers. The results obtained from the spectral detectors were compared with that of a carbon detector (LC-OCD). The composition of the biopolymer fraction was shown to be made up for protein-like components responsible for its tryptophan-like fluorescence. The complexing properties of the different fractions of NOM was also studied after separation by size. The elemental detector helped in demonstrating the preferred fraction(s) for metal complexation. For instance, whereas Cu complexed with all NOM fractions, Zn and Pb preferred to be complexed with the building blocks. Complexation and competition of the trace metals at different NOM fractions were also observed. An innovative quantitative method was also developed by calibrating the LC-ICP-MS with EDTA and the method confirmed using organic matter standards (SRHA, SRFA) for the ligands and Cu, Mn and Zn standard solutions

L’aération et la séparation des boues activées constituent les deux étapes clé pour le bon fonctionnement d'une station d'épuration. L’objectif de ce travail est double: caractériser les paramètres susceptibles d'influencer le processus de transfert d'oxygène dans le milieu de boues activées, et étudier l'aptitude à décanter de celles-ci en relation avec la biofloculation mise en jeu. L’étude du transfert d'oxygène montre que le facteur alpha dépend du degré d'épuration de la pollution introduite: ce facteur augmente lorsque la DCO et donc le OUR dans le milieu de culture diminuent. Mais le facteur prépondérant est la concentration en biomasse dans le bassin d'aération: plus cette concentration augmente, plus la viscosité du milieu est importante et plus le facteur alpha diminue. L’étude des flocs de boues activées montre qu'ils présentent une structure très complexe dans laquelle les micro-organismes sont piégés par une matrice de polymères exocellulaires. Ceux-ci, dont les exopolysaccharides, jouent un rôle important dans l'agglomération des micro-organismes. Les expériences montrent que les flocs biologiques placés dans des conditions de famine aérobie, défloculent en relargant des exopolymères dans le milieu interstitiel. Ces conditions de famine permettent, en outre, de supprimer les germes filamenteux, responsables d'une mauvaise décantation

Les écosystèmes aquatiques sont des systèmes fragiles, vitaux pour la biosphère et cependant soumis à de nombreuses pressions anthropiques, parfois importantes. Actuellement, des méthodes fiables permettent la quantification et l’étude du devenir des éléments traces métalliques (Pb, Zn, Cd, etc.) et bon nombre de micropolluants organiques dans les eaux et les sédiments. Pour d’autres éléments comme les terres rares ou les platinoïdes, de plus en plus utilisés par l’industrie, leur quantification demeure en revanche plus complexe, voire encore incertaine du fait de leurs très faibles concentrations. Leur quantification est pratiquement impossible sans l’utilisation de techniques de préconcentration ou le développement de méthodes analytiques spécifiques pour réduire les interférences spectrales liés à des interférents présents en forte concentration dans l’environnement. Ce travail de recherche a permis (i) de quantifier précisément ces éléments par spectrométrie de masse à plasma par couplage inductif combiné à l’utilisation d’une cellule de collision/réaction en choisissant judicieusement le gaz et son flux appliqué dans la cellule ; (ii) de préconcentrer in situ puis de déterminer des concentrations variant du pg L-1 au ng L-1 pour les éléments du groupe du platine, dans des zones impactées par les activités humaines (lessivages des routes, rejets de médicaments à base de Pt), en développant des techniques d’échantillonnage passif dites « Diffusive Gradients in thin films (DGTs) » basées sur l’utilisation de deux résines différentes, et (iii) de mieux comprendre comment certains de ces éléments peuvent servir de traceurs de rejets urbains notamment liés aux stations de traitement des eaux usées contenant des rejets domestiques et hospitaliers, en complément des traceurs habituellement utilisés. Pour ce faire, la Marque Rivière a servi de site pilote pour cette étude prospective au cours d’une période d’étiage. Ces études ont permis de déterminer les concentrations actuelles des terres rares et platinoïdes dans des milieux fortement impactés par les activités humaines rendant possible le suivi de leur évolution et l’évaluation de leur potentiel impact dans le futur
Aquatic ecosystems are fragile systems, vital for the biosphere and yet subject to numerous, sometimes significant, anthropogenic pressures. Currently, reliable methods allow the quantification and study of the fate of metallic trace elements (Pb, Zn, Cd, etc.) and many organic micropollutants in water and sediments. For other elements such as rare earths or platinum group elements, which are increasingly used by industry, their quantification remains more complex and even uncertain due to their very low concentrations. Their quantification is practically impossible without the use of preconcentration techniques or the development of specific analytical methods to reduce the spectral interferences linked to interferents present in high concentrations in the environment. This research work has allowed (i) to quantify precisely these elements by inductively coupled plasma mass spectrometry combined with the use of a collision/reaction cell by judiciously choosing the gas and its flow applied in the cell ; (ii) to preconcentrate in situ and then determine concentrations ranging from pg L-1 to ng L-1 for platinum group elements, in areas impacted by human activities (road leaching, Pt-based drug releases), by developing passive sampling techniques called "Diffusive Gradients in thin films (DGTs)" based on the use of two different resins, and (iii) to better understand how some of these elements can be used as tracers of urban discharges, particularly in connection with wastewater treatment plants containing domestic and hospital discharges, in addition to the tracers usually used. To this end, the Marque River served as a pilot site for this prospective study during a period of low water levels. These studies made it possible to determine the current concentrations of rare earths and platinum in environments heavily impacted by human activities, making it possible to monitor their evolution and evaluate their potential impact in the future