Dissertations / Theses on the topic 'Nitrates – Mesure'

Les teneurs en nitrates, nitrites et d'autres ions peuvent être estimées par spectrophotométrie UV dans les eaux usées et dans les légumes pour le contrôle de procédé, ainsi que pour la surveillance in situ. La méthode est basée sur l'identification spectrale: le spectre UV d'un échantillon est considéré comme une combinaison linéaire de spectres de référence. L'identification de spectres UV de solutions aqueuses peut discriminer le nitrite du nitrate, dans la gamme de 0,5 à 5 mg-N/L, et ce même en présence de chlorure, jusqu'à 100 mg/L et de bicarbonate, jusqu'à 200 mg/L. Les essais dans différentes conditions réelles au SIAAP montrent que cette méthode peut être utilisée pour la surveillance en ligne dans la station d'épuration traitant les eaux de Paris. Plusieurs légumes frais ainsi que les épinards congelés ont été testés. La teneur en nitrates varie de 377 à 3240 mg/kg de légumes frais, et de 545 à 1190 mg/kg d'épinards surgelés. Les ajouts dosés de nitrate montrent l'exactitude de la méthode, avec des récupérations de 91 à 99 % du nitrate ajouté. Les essais de validation effectués sur un site industriel ont montré le potentiel de la méthode d'identification spectrale. Cette méthode n'exige presque pas de consommable, est très rapide et quantitative, avec une maintenance facile et peu onéreuse. Le logiciel d'identification UV-Pro utilisé a toujours montré des résultats analogues à ceux obtenus par PLS ou PCR, il est basé sur des méthodes de résolution analogues. Les perspectives de ce travail sont l'utilisation des méthodes d'identification non linéaires et l'ajout d'autres méthodes de détection pour élargir les potentialités de la spectrophotométrie UV
Contents of nitrate, nitrite and some others ions can be estimated by UV spectrophotometry in wastewater also in vegetables for processing control as well as for in-situ monitoring. The method is based on the spectral identification: UV spectrum of a sample is considered as a linear combination of absorption spectra, named reference spectra. Mathematical identification of UV spectra can discriminate nitrite from nitrate, in the range of 0. 5 to 5 mg-N/L, even in presence of up to 100 mg/L chloride and up to 200 mg/L bicarbonate. The tests in different real conditions show that this method can be used for on-line monitoring in the Wastewater Treatment Plant of Paris. Several fresh vegetables as well as frozen spinaches have been tested. The nitrate content varied from 377 to 3240 mg/kg of fresh vegetables, and 545 to 1190 mg/kg of frozen spinach. The recovery of added nitrate ranged from 91 to 99%. The validation tests carried out in one industry showed the potentiality of the method of spectral identification. This method does not require almost any consumable, is quantitative and very fast reading with easy and low maintenance. The UV-Pro software identification used during this thesis has always shown similar results to those obtained by PLS or PCR, it is based on considerations and methods similar resolution. The prospects of this work will be the use of non-linear methods of identification and the use of complementary methods to expand the potential of UV spectrophotometry

La premiere partie de cette these s'est portee sur le developpement d'un analyseur submersible permettant la mesure in situ des nitrates et nitrites. Cet appareil a ete concu de facon a permettre la mesure des variations temporelles et spatiales de la teneur en nitrates et nitrites dans les eaux cotieres montrant de tres fortes variations de salinite. La methode analytique correspondant le mieux aux contraintes operationnelles fixees par le cahier des charges est la fia (flow injection analysis). Afin d'eliminer les interferences causees par les variations de temperature et de salinite, un traitement de signal base sur une detection simultanee du signal a deux longueurs d'onde differentes a ete propose. Cet analyseur fonctionne jusqu'a une profondeur de 300 m, dans des milieux ou la temperature varie de 2c a 30c et la salinite de 0 a 35 pss. Les mesures effectuees en rade de brest et en mer d'iroise avec l'analyseur ont montre une excellente coherence avec celles obtenues de facon conventionnelle. La seconde partie de la these a porte sur la dynamique de la production azotee dans un ecosysteme soumis a d'importantes perturbations: la rade de brest. Un suivi de la teneur des sels nutritifs, de la composition de la matiere particulaire et de la production phytoplanctonique a ete mene entre 1991 et 1993 a la station r3. Un bilan des flux d'azote inorganique dissous a ete dresse en rade de brest au niveau des fleuves, du sediment, de l'iroise, des rejets urbains et des apports atmospheriques. Le but de ce travail a ete d'observer la relation entre la disponibilite des differentes sources azotees et leur absorption (par les differentes classes de phytoplancton et sur toute la colonne d'eau), puis d'en deduire la forme azotee preferentiellement absorbee ainsi que le regime de production (nouvelle ou regeneree)

L'etude presente porte sur la pollution par les nitrates d'origine agricole dans le cadre d'un bassin-versant (330 ha, gers, france) en agriculture intensive, situe en domaine de terrefort molassique. Elle s'appuie sur la mise en place d'une base de donnees localisees (descripteurs physico-geographiques et agronomiques) et d'un logiciel concu dans l'esprit d'un systeme d'information geographique qui pilote cette base de donnees. Sur ces bases, une methode geostatistique debouche sur des zones representatives au sein du bassin-versant (bv) dans lesquelles la prospection pedologique a lieu. Outre la caracterisation des principaux facies de sols presents, les pas de sondage sont optimises par variographie et les observations pedologiques extrapolees a l'ensemble du bv. L'etude de la dynamique de l'azote mineral est abordee a 3 echelles: celle du bv entier, celle des sous-bassins versants (sbv) (analyse comparative) et enfin celle des zones sensibles ou des series de mesures par bougies poreuses confirment l'hypothese issue de l'analyse comparative des sbv, a savoir que le niveau de rejets nitriques est lie au type d'amenagement agro-paysager. A partir de ces resultats, il est possible d'identifier des zones a risques accentues de pollution nitrique et de proposer un ensemble de mesures antipolluantes localisees simples en partie applique
Nitrogen pollution in agriculture is studied in the scope of an hydrological basin (330 ha, gers, france) which is caracterized by an intensive agriculture and very diversified heavy molassic soils. A localized database (physical-geographic and agronomic parameters) and a custom software developped in the scope of geographic information systems handling the database are created. On this bases, a geostatistic method generates representative areas where pedological prospection takes place. Besides the caracterization of the principal soil facets, variography optimizes distances between soil sampling points and pedological observations are extrapolated to the whole basin. The study about nitrogen dynamics is taken up at three scale: at the scale of the entire basin, at the scale of elementary basins (comparative analysis) and finally at the scale of sensitive areas where measurement series by porous ceramic cups confirm the supposition achieved from the comparative analysis of the elementary basins that the level of nitrogen pollution is related to the agronomic or landscape features. High risk areas are identified and a package of simple localized antipollution measures are suggested and in part applied

Avec la recente loi sur l'eau de janvier 1992 qui comporte une necessite de traitements des eaux residuaires toujours plus pousses, donc delicats a gerer, il devient indispensable d'acceder a une meilleure connaissance des flux de pollution, notamment azotee. Or, la mesure en continu et sur site des nitrates (no 3) n'est pas encore suffisamment fiable ou est trop complexe et couteuse. Pour tenter de remedier a cette situation, nous avons etudie un principe de mesure simple et relativement selectif : l'absorption directe du rayonnement ultraviolet par les ions nitrates. Une etude de faisabilite avec un spectrophotometre de laboratoire, sur des echantillons reels, nous a permis d'obtenir un modele simple de calcul des concentrations en nitrates, applicable aux eaux usees de rejet provenant de differents types de traitements, mais aussi a des eaux superficielles ou de nappe. Ce modele universel (independant du site) tient compte de certains interferents dans des gammes de concentrations susceptibles d'y etre rencontrees. La mesure des matieres en suspension et des matieres organiques a ete prise en compte, rendant possible la realisation d'un capteur multiparametre. La longueur du trajet optique retenue permet d'obtenir une bonne linearite sur la gamme 0-150 mg/l no 3 et une precision sur effluents traites de l'ordre de 3 mg/l (niveau de confiance a 95%). D'autre part, aucune filtration de l'effluent n'est necessaire pour des concentrations en matieres en suspension allant jusqu'a 300 mg/l, et un systeme de nettoyage par raclage devrait etre adaptable aux dimensions de la cellule de mesure. Cette etude s'est poursuivie par la realisation d'une maquette, prefigurant un prototype pour sa partie optique : source deuterium, fibres optiques et spectrophotometre monolithique a barrette de photodiodes. Les premiers resultats sont tres encourageants puisqu'ils confirment la faisabilite de la mesure des nitrates, mais aussi de l'utilisation des fibres optiques. Ce dernier point n'est rendu possible que par l'emploi de longueurs d'onde superieures a 220 nm, limite de leur transmission dans l'ultraviolet.

La quantification du lessivage des engrais azotés en vue de réduire les pertes dans l’environnement sous production de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) sur sol sableux constitue un enjeu majeur de la recherche actuelle. L’objectif général de la thèse répond à cette problématique en trois parties. Le premier sous-objectif visait à suivre le devenir des pluies et du couvert neigeux fondu dans le sol tout au long de l’année par les isotopes stables de l’eau (18O et 2H), car les nitrates suivent le trajet de l’eau. Nos résultats évaluent la vitesse de percolation des pluies et de l’eau issue de la fonte du couvert neigeux à environ 1,5±0,5 mois. L’eau circule plus lentement dans la couche arable supérieure que dans la couche sous-jacente. Finalement, un modèle perceptuel permet de distinguer le lessivage sur deux périodes : une première période entre la récolte et la plantation et une seconde période durant le développement de la plante. Le deuxième sous-objectif s’est intéressé au déplacement de l’engrais dans le sol et à estimer les quantités récupérées par la plante par le suivi de l’engrais enrichi en azote 15. Des profils de sol ont été prélevés les mêmes jours que pour l’oxygène 18 et le deutérium. Les résultats montrent que l’engrais reste localisé au centre de la butte tant qu’il n’y aucune pluie supérieure à 70±10 mm. Les nitrates sont lessivés essentiellement à l’automne, ce qui confirme les résultats obtenus avec l’oxygène 18 et le deutérium. A la récolte, le tubercule a prélevé 47% de l’azote issu du fertilisant, le reste étant susceptible au lessivage. Jusqu’au maximum de couverture foliaire, la plante prélève préférentiellement l’azote issu de l’engrais comparativement à l’azote issu de la minéralisation. La situation s’inverse ensuite. Le troisième sous-objectif était de simplifier la mesure des nitrates du sol à l’intérieur de la butte en vue d’améliorer la précision des bilans azotés. La butte a été échantillonnée sur une profondeur de cinquante centimètres à quatre endroits et à cinq moments durant la saison. Une relation robuste de pente de 0.78 reliait les concentrations de nitrate du sol prélevées au centre de la butte à celles de l’intégralité du profil de sol (0-80 cm) dont la microtopographie avait été modifiée par le buttage.
La quantification du lessivage des engrais azotés en vue de réduire les pertes dans l’environnement sous production de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) sur sol sableux constitue un enjeu majeur de la recherche actuelle. L’objectif général de la thèse répond à cette problématique en trois parties. Le premier sous-objectif visait à suivre le devenir des pluies et du couvert neigeux fondu dans le sol tout au long de l’année par les isotopes stables de l’eau (18O et 2H), car les nitrates suivent le trajet de l’eau. Nos résultats évaluent la vitesse de percolation des pluies et de l’eau issue de la fonte du couvert neigeux à environ 1,5±0,5 mois. L’eau circule plus lentement dans la couche arable supérieure que dans la couche sous-jacente. Finalement, un modèle perceptuel permet de distinguer le lessivage sur deux périodes : une première période entre la récolte et la plantation et une seconde période durant le développement de la plante. Le deuxième sous-objectif s’est intéressé au déplacement de l’engrais dans le sol et à estimer les quantités récupérées par la plante par le suivi de l’engrais enrichi en azote 15. Des profils de sol ont été prélevés les mêmes jours que pour l’oxygène 18 et le deutérium. Les résultats montrent que l’engrais reste localisé au centre de la butte tant qu’il n’y aucune pluie supérieure à 70±10 mm. Les nitrates sont lessivés essentiellement à l’automne, ce qui confirme les résultats obtenus avec l’oxygène 18 et le deutérium. A la récolte, le tubercule a prélevé 47% de l’azote issu du fertilisant, le reste étant susceptible au lessivage. Jusqu’au maximum de couverture foliaire, la plante prélève préférentiellement l’azote issu de l’engrais comparativement à l’azote issu de la minéralisation. La situation s’inverse ensuite. Le troisième sous-objectif était de simplifier la mesure des nitrates du sol à l’intérieur de la butte en vue d’améliorer la précision des bilans azotés. La butte a été échantillonnée sur une profondeur de cinquante centimètres à quatre endroits et à cinq moments durant la saison. Une relation robuste de pente de 0.78 reliait les concentrations de nitrate du sol prélevées au centre de la butte à celles de l’intégralité du profil de sol (0-80 cm) dont la microtopographie avait été modifiée par le buttage.
Quantifying nitrogen fertilizer leaching in order to reduce environmental losses in the potato (Solanum tuberosum L.) production on sandy soils is a major issue of current research. The general objective of the thesis was to address this problem in three parts. The first part aimed to follow the fate of rainfall and snowmelt in the soil during an entire year with water stable isotopes (18O and 2H) since nitrates follow water pathways. Rainfall and snow melt percolation rate was approximately 1.5±0.5 months. Water percolates at slower rate in the upper soil layer than in sublayers. Finally, a perceptual model considered two periods of nitrate leaching: the first period from previous harvest to seeding and the second during the cropping season. In the second part, we followed the nitrogen fertilizer pathway through soil and estimated fertilizer recovered by plants after fortification with nitrogen 15. Soil profiles were sampled on the same days as for the oxygen 18 and deuterium samplings. Results show that the fertilizer remained in the hill until the occurrence of rainfall events exceeding 70±10 mm. Nitrates are leached away mostly during the fall, as was the case for oxygen 18 and deuterium. At harvest, the tuber took up 47% of the nitrogen from fertilizer, leaving the remainder susceptible to leaching. Until maximum foliage coverage, the plant took up nitrogen more from fertilizer than mineralized organic nitrogen, but the reverse occurred thereafter. The third part was to simplify the sampling procedure of soil nitrate within the hill for budgeting nitrate. The hill was sampled across a 0-50 cm soil profile at four places and at five moments during the cropping season. A reliable relationship with a slope of 0.78 related soil nitrate content sampled at the centre of the hill to that of the entire hill for the 0-50 cm soil profile.
Quantifying nitrogen fertilizer leaching in order to reduce environmental losses in the potato (Solanum tuberosum L.) production on sandy soils is a major issue of current research. The general objective of the thesis was to address this problem in three parts. The first part aimed to follow the fate of rainfall and snowmelt in the soil during an entire year with water stable isotopes (18O and 2H) since nitrates follow water pathways. Rainfall and snow melt percolation rate was approximately 1.5±0.5 months. Water percolates at slower rate in the upper soil layer than in sublayers. Finally, a perceptual model considered two periods of nitrate leaching: the first period from previous harvest to seeding and the second during the cropping season. In the second part, we followed the nitrogen fertilizer pathway through soil and estimated fertilizer recovered by plants after fortification with nitrogen 15. Soil profiles were sampled on the same days as for the oxygen 18 and deuterium samplings. Results show that the fertilizer remained in the hill until the occurrence of rainfall events exceeding 70±10 mm. Nitrates are leached away mostly during the fall, as was the case for oxygen 18 and deuterium. At harvest, the tuber took up 47% of the nitrogen from fertilizer, leaving the remainder susceptible to leaching. Until maximum foliage coverage, the plant took up nitrogen more from fertilizer than mineralized organic nitrogen, but the reverse occurred thereafter. The third part was to simplify the sampling procedure of soil nitrate within the hill for budgeting nitrate. The hill was sampled across a 0-50 cm soil profile at four places and at five moments during the cropping season. A reliable relationship with a slope of 0.78 related soil nitrate content sampled at the centre of the hill to that of the entire hill for the 0-50 cm soil profile.

Dans des contextes semi-arides et fortement anthropisés la caractérisation et la quantification des transferts de polluants dans les eaux de surface et vers la mer est importante à appréhender pour aider à une meilleure gestion de la ressource en eau dans un contexte de changements environnementaux. Sur le Nord-africain notamment la difficulté d’obtenir des données en quantité et qualité suffisante est difficile. La présente étude s’intéresse aux mécanismes de transfert des nitrates et des sédiments à l’échelle du bassin versant de la Tafna (7200 km2) et des plus grands fleuves de l'Afrique du Nord par une approche couplant les mesures in situ et le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool). La partie in situ a permis de quantifier la quantité de nitrates apportée par les différents exutoires des sous bassins de la Tafna. Elle a aussi mis en évidence la contribution du bassin versant à l’eutrophisation de la Méditerranée tout en mesurant les quantités de nitrates acheminées vers les eaux marines. Les résultats ont mis en évidence les facteurs qui influent sur les flux et les concentrations en nitrates et notamment l’occupation du sol et les barrages ont une grande influence sur les flux de nitrates dans la Tafna. Les stations d’étude ont été classées selon un gradient d’eutrophisation, les stations amont présentant de fortes concentrations en nitrates, elles s’opposent aux stations avals. Les résultats de simulation sur la période 2003 à 2011 ont montré qu’une grande partie de l'eau de surface de la Tafna provient du ruissellement de surface (59%) et du flux latéral (40%), alors que la contribution des eaux souterraines est insignifiante (1%). La Tafna transfère une quantité annuelle moyenne de 2942 t.an-1 de sédiment vers la mer entre 2003 et 2011. SWAT a montré aussi que les cinq barrages de la Tafna stockent une grande quantité de sédiments, plus de 27 000 t.an-1 (90% des sédiments transportés par la Tafna). Le modèle reproduit aussi le flux de nitrates dans les stations de mesure entre 2003 et 2011. La Tafna transporte une quantité moyenne annuelle de 37 à 86 tN.an-1 jusqu'à la Méditerranée. Sur la base de ces résultats, l’approche de modélisation a pemis d’effectuer un changement d’échelle vers les grands bassins du nord-africain. La simulation a montré que les barrages de la Tafna stockent une quantité importante de nitrates [80 à 486 tN.an- 1], qui représente en moyenne 62% de la quantité totale de nitrates transportée annuellement par le fleuve. L’application du modèle sur les plus grands fleuves d'Afrique du Nord, Moulouya (55 860 km2), Tafna (7 200 km2), Chélif (44 694 km2) Oued el Kbir-Rhumel (8824 km2) et Medjerda (23 213 km2) a permis de représenter les flux d'eau, de sédiments et de nitrate. Les fleuves de cette région transportent une quantité de sédiments de 706 .103tan-1 vers la Mer ou le fleuve Oued Kbir-Rhumel qui contribue à la plus grande quantité (55%).Le flux de nitrates transportés vers la mer est de 5330 tN.an-1, le fleuve Moulouya qui contribue à la plus grande quantité (32%). Les barrages de cette région stockent une grande quantité de sédiments (98%) et de nitrates (39%) transportés par les fleuves vers la Méditerranée.

L’alimentation de la ville de Paris en eau potable est assurée par la société Eau De Paris, grâce à l’exploitation de nombreuses sources d’eau souterraine, situées dans un rayon de 150 km autour de la capitale. Cinq captages ont fait l’objet de cette thèse, situés dans les bassins du Loing (captage de Bourron et sources de Chaintréauville et de La Joie) et du Lunain (source de Villemer et le captage de Villeron) près de Fontainebleau (Seine-et-Marne). Ces sources sont alimentées par les nappes karstifiées de la craie du Sénonien et des calcaires de Beauce. Elles présentent des caractéristiques géochimiques distinctes. Les teneurs en nitrates varient entre une valeur minimale de 27 mg/L caractérisant à Bourron et une valeur maximale de 60 mg/L retrouvée à Chaintréauville et à La Joie. Ces concentrations présentent des variations saisonnières à Villeron (40-57 mg/L) et à Villemer (30-50 mg/L). La turbidité et les contaminations bactériennes occasionnelles caractérisent également cette dernière. L’enjeu de la thèse est d’étudier l’origine des eaux dans ces captages en se basant sur la caractérisation isotopique des nitrates contenus dans différentes eaux. Il s’agit des aquifères de la craie et des calcaires, des eaux de surface, des eaux agricoles et des eaux domestiques. L’utilisation conjointe des résultats isotopiques du δ15N et du δ18O des nitrates a montré que les sources sont alimentées par un mélange de différentes eaux. Les contributions dans chaque site ont été quantifiées par l’application du modèle bayésien SIAR sur ces résultats isotopiques. Dans la source de Villemer, les nitrates proviendraient à des proportions quasi égales de la craie (28%), des eaux agricoles (34%), des eaux domestiques (12%) et des eaux engouffrées de la rivière (21%). Cela implique une alimentation diffuse de la source assurée par un réseau karstique complexe. Le captage de Villeron est essentiellement alimenté par la nappe de la craie fortement influencée par les pratiques agricoles de surface. Les nitrates proviennent à 31 - 45% de la nappe de la craie et à 41 - 50% des eaux agricoles. En période de hautes eaux, les apports agricoles sont plus importants dans les deux sites. Dans les sites du Loing, les nappes de la craie et des calcaires, en plus des eaux agricoles, sont responsables des apports en nitrates dans les sources de Chaintréauville et de La Joie, à des proportions voisines de près de 30%. La nappe des calcaires en contact avec les zones agricoles est la principale source d’eau dans ces deux sources. De même, dans le captage de Bourron, les nitrates et donc les eaux proviennent de la craie et des calcaires à près de 30% respectivement et de la rivière du Loing à 29-39%. Dans les sites du Loing, les proportions de contribution des nappes sont sensibles aux variations saisonnières, la contribution des calcaires est dominante en période de hautes eaux. L’approche isotopique couplée à l’analyse hydrologique des masses d’eau souterraine ont permis de déterminer les origines des nitrates dans les captages karstiques et de définir un schéma de fonctionnement hydrologique.

Le but principal de cette thèse est la détermination des risques de pollution de l'eau souterraine dus à des pratiques agricoles intensives sur l'île de Maré (Nouvelle-Calédonie). Maré est un atoll corallien surélevé où la principale ressource en eau douce provient de lentilles situées à l'intérieur du soubassement corallien. Le sol est un sol ferrallitique allitique très pérméable, et possédant une capacité importante d'échange anionique. Le climat est caractérisé par une saison humide, où des événements pluvieux de fortes intensités peuvent survenir. Pour calculer le drainage et la lixiviation du nitrate en-dessous de la zone racinaire, une métrologie non destructive a été mise en oeuvre sur plusieurs parcelles soumises à différentes pratiques culturales. Les caractéristiques hydrauliques du sol ont été obtenues par infiltrométrie et les paramètres de transfert de solutés grâce à des expériences réalisées au laboratoire, sur colonnes de sol. Environ 100 kg N ha-1 ont été apportés sur une parcelle sol nu, de maïs et de graminées. Bien que la saison 1996 fut plus humide qu'en 1995, la quantité de nitrate livixié sous maïs a diminué de 130 % (1995) à 48 % (1996) du nitrate apporté. En 1996, l'engrais a été apporté en deux fois alors qu'en 1995, il a été apporté en totalité le jour du semis. Malgré sa capacité d'échange anionique, la perméabilité du sol ainsi que les fortes intensités de pluie concourent à rendre le nitrate facilement lixiviable. Cependant, le risque de pollution peut être fortement réduit avec des applications fractionnées d'engrais de manière à ce que la consommation du nitrate par les plantes soit améliorée. Les paramètres du sol déterminés sur le terrain et au laboratoire nous ont permis d'utiliser le modèle mécaniste WAVE et d'évaluer sa capacité de reproduction et de prédiction des données. Les mesures lors des trois saisons aux conditions climatiques différentes ont été reproduites avec satisfaction.

En Bretagne, les « marées vertes » sont récurrentes depuis le début des années 70 et occupent une place importante dans le débat public en terme sanitaire, politique et économique. Lors de cette thèse, une large revue bibliographique a été réalisée sur l’export d’azote et une méthodologie innovante a été mise en place afin d’étudier la variabilité spatio-temporelle de l’export de nutriments dans 2 bassins versants à algues vertes à une échelle intra-annuelle et pendant des évènements extrêmes (évènements pluvieux, période touristique de basses eaux,…). Les bassins versants sélectionnés pour les expérimentations de terrain sont l’Ic et le Frémur (Côtes d’Armor). 3 types d’expérimentations ont été réalisées sur ces bassins versants : 1) Des campagnes de prélèvements ponctuels par temps sec et par temps de pluie (32 stations, 27 campagnes) ; 2) des prélèvements automatiques en crue (3 stations, 8 crues) ; et 3) la mesure haute fréquence (2 stations, en continu). Les paramètres hydrologiques et physico-chimiques classiques, les matières en suspension, les spectres UV et toutes les formes de macronutriments (carbone, azote, phosphore) ont été analysés lors de ces expérimentations. Les résultats obtenus confirment pour une part un certain nombre de résultats de la littérature. D’autre part, il met en lumière la relation carbone/nitrates, jusqu’à présent peu étudiée à différentes échelles spatio-temporelles et pendant des évènements pluvieux, qui semble pourtant primordiale dans la compréhension des phénomènes d’export de nitrates à l’échelle de l’année. Enfin, l’analyse de toutes les formes de nutriments révèle l’importance des formes particulaires issues de l’érosion des sols. Ces résultats soulèvent de nombreuses questions de recherche qui mériteraient un approfondissement afin d’améliorer la connaissance des transferts de nutriments dans les bassins versants et prioriser les actions de remédiations. Les perspectives de ce travail sont à la fois scientifiques et pratiques. Au niveau scientifique, les efforts de recherche sur la relation carbone/nitrate et l’identification de la fraction de carbone organique assimilable par les organismes dénitrifiants doivent être poursuivis. De même, l’amélioration des connaissances sur l’export de nutriments en crue passe par l’identification précise des sources de nutriments particulaires pendant les crues printanières. Au niveau pratique, il doit contribuer à l’amélioration des pratiques agricoles, à la reconnaissance de l’intérêt des zones humides naturelles et à l’amélioration des types de traitement utilisés par les stations d’épuration. Les résultats obtenus lors de cette étude devraient notamment être mis en relation avec la dynamique des nutriments observée dans l’estran pendant la période de développement des algues vertes. Enfin, un effort d’amélioration de l’accès à certains type de données sur les bassins versants est nécessaire afin d’améliorer la compréhension des transferts de nutriments
In Brittany (Western France), "green tides" are recurrent since the early 70s and have an important place in public debate in health, political and economic terms. In this thesis, a wide bibliographic review was performed on the export of nitrogen, and an innovative methodology has been set up to study the spatial and temporal variability of nutrient export in two coastal watersheds on an intra-annual basis and during extreme events (rainfall events, tourist periods of low water, ...). Watersheds selected for the field experiments are Ic and Frémur (Côtes d'Armor). 3 types of experiments were performed on these watersheds: 1) Campaigns of grab samples by dry and wet weather (32 stations, 27 campaigns); 2) automatic sampling during floods (3 stations, 8 floods); and 3) high frequency measurement (2 stations, continuous). Conventional hydrological and physicochemical parameters, suspended solids, UV spectra and all forms of macronutrients (carbon, nitrogen, phosphorus) were analyzed during these experiments. The results confirm in part a number of results of the literature. Furthermore, it highlights the relationship carbon / nitrates far little studied at different spatial and temporal scales and during rainfall events, which however seems to be crucial in understanding of nitrate export. Finally, the analysis of all forms of nutrients reveals the importance of particulate forms from soil erosion. These results raise many research questions that merit further development in order to improve knowledge on nutrient transfers in watersheds and prioritize remediation actions. The prospects of this work are both scientific and practical. At the scientific level, research efforts on the relationship carbon / nitrate and identification of the assimilable fraction of organic carbon by denitrifying organisms must be continued. Similarly, the knowledge on nutrient export must be improved through the precise identification of particulate nutrient sources during the spring floods. On a practical level, it should contribute to the improvement of agricultural practices, the recognition of the interest of natural wetlands and improvement of the types of treatment used by treatment plants. The results obtained in this study should in particular be linked to the dynamics of nutrients in the foreshore observed during the development of green algae. Finally, an effort to improve access to certain types of data on watersheds is needed to improve understanding of nutrient transfers

L'etude presentee s'integre aux recherches du piren-eau/alsace (programme interdisciplinaire de recherche sur l'environnement) sur les risques de pollution par les nitrates de la nappe phreatique d'alsace. Des travaux anterieurs ont permis la definition d'une methodologie d'etude de terrain, son application sur quatre sites ponctuels du secteur experimental du ried central de l'ill et la mise en evidence des principaux phenomenes determinant le transfert des nitrates dans les sols agricoles. Un modele mathematique monodimensionnel vertical integrant les phenomenes de transferts d'eau, de solute, de chaleur, de transformations biochimiques et d'absorption racinaire a ete construit. La difficulte d'obtenir experimentalement la valeur de certains parametres du modele nous a amenes a utiliser une methode de calage automatique assez classiquement employee en hydrogeologie: la methode de marquardt d. W. (1963) a laquelle ont ete apportees certaines adaptations. La consideration des differents phenomenes nous a amenes a effectuer un certain nombre de calages des parametres hydrodynamiques et d'evaporation, des parametres biochimiques de transformation de l'azote et des parametres de transfert de solute. La comparaison a ete effectuee entre valeurs de pressions, humidites et concentrations simulees et mesurees a l'aide de tensiometres, sonde a neutrons et bougies poreuses. Dans un premier temps, le calage a porte sur une periode de deux ans en l'absence de culture. Diverses hypotheses telles que la repartition de l'eau du sol entre phases mobile et immobile ont ete testees. Dans un deuxieme temps, le calage a porte sur une periode d'une annee incluant une culture de mais; l'absorption d'eau et de nitrates par les racines a ete prise en compte. Dans les deux cas traites, une estimation des termes du bilan de nitrates a pu etre faite. Les resultats globalement corrects obtenus ont permis d'affiner la connaissance des phenomenes de terrain et d'envisager l'utilisation du modele dans un but predictif

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

Les matériaux cimentaires ont été retenus afin de composer la barrière ouvragée du site français de stockage des déchets nucléaires en formation géologique profonde. Ce choix se justifie par les capacités physico-chimiques propres aux bétons : les hydrates de la matrice cimentaire (CSH) et le pH de sa solution interstitielle contribuent à la rétention des radionucléides ; d'autre part la compacité de ces matériaux limite le transport d'éléments. Il convient de s'assurer de la pérennité de cette structure pendant une durée au moins égale à celle de la vie des déchets (jusqu'à 100 000 ans). Sa durabilité a été éprouvée par l'évolution des propriétés de transfert en fonction de la décalcification de matériaux cimentaires, altération traduisant le vieillissement de l'ouvrage. Deux modes de dégradation ont ainsi été appliqués tenant compte des différentes interactions physico-chimiques induites par la formation hôte. Le premier, de type statique, a consisté en une décalcification accélérée par le nitrate d'ammonium. Il simule l'altération de la barrière ouvragée par les eaux souterraines. La cinétique de la dégradation a été estimée par le suivi du calcium lixivié et l'avancée du front de dissolution de l'hydroxyde de calcium. Pour évaluer l'impact de la décalcification, les échantillons ont été caractérisés à l'état sain puis dégradé, en terme de microstructure (porosité, distribution porosimétrique) et de propriétés de transfert (diffusivité, perméabilité au gaz et à l'eau). L'influence de la nature du liant (CEM I et CEM V/A) et des granulats (calcaires et siliceux) a été observée en répétant les essais sur différentes formulations de mortiers. A cette occasion, une importante réflexion sur la métrologie de cet essai a été menée. Le deuxième mode de dégradation, dynamique, a été réalisé par un perméamètre environnemental. Il recrée les sollicitations subies par l'ouvrage lors de sa phase de resaturation post-fermeture (pression hydraulique imposée par la couche géologique et exothermicité des déchets). Cet appareillage, basé sur le principe d'une cellule triaxiale, permet de fixer un gradient de pression entre 2 et 10 MPa et une température de 20 à 80°C. La variation de la perméabilité à l'eau en fonction de ces deux paramètres expérimentaux, découplés et couplés, a été mesurée et reliée aux modifications microstructurales des échantillons
Cementitious materials have been selected to compose engineering barrier system (EBS) of the french radioactive waste deep repository, because of concrete physico-chemical properties: the hydrates of the cementitious matrix and the pH of the pore solution contribute to radionuclides retention; furthermore the compactness of these materials limits elements transport. The confinement capacity of the system has to be assessed while a period at least equivalent to waste activity (up to 100. 000 years). His durability was sustained by the evolution of transfer properties in accordance with cementitious materials decalcification, alteration that expresses structure long-term behavior. Then, two degradation modes were carried out, taking into account the different physical and chemical interactions imposed by the host formation. The first mode, a static one, was an accelerated decalcification using nitrate ammonium solution. It replicates EBS alteration dues to underground water. Degradation kinetic was estimated by the amount of calcium leached and the measurement of the calcium hydroxide dissolution front. To evaluate the decalcification impact, samples were characterized before and after degradation in term of microstructure (porosity, pores size distribution) and of transfer properties (diffusivity, gas and water permeability). The influence of cement nature (ordinary Portland cement, blended cement) and aggregates type (lime or siliceous) was observed: experiments were repeated on different mortars mixes. On this occasion, an essential reflection on this test metrology was led. The second mode, a dynamical degradation, was performed with an environmental permeameter. It recreates the EBS solicitations ensured during the resaturation period, distinguished by the hydraulic pressure imposed by the geologic layer and the waste exothermicity. This apparatus, based on triaxial cell functioning, allows to applied on samples pressure drop between 2 and 10 MPa and temperature from 20 to 80°C. Water permeability evolution relating to experimental parameters, uncoupled or coupled, was relied to mortars microstructural modifications

Les biocarburants de 2ème génération pourraient fournir une énergie renouvelable au secteur des transports et ainsi permettre de lutter contre le changement climatique. Toutefois, leurs bilans gaz à effet de serre, énergétiques et environnementaux seront probablement très dépendants des ressources utilisées. Les cultures lignocellulosiques candidates à la production de biocarburant 2G devront ainsi concilier forte productivité, faibles besoins en intrants et faibles impacts environnementaux. L’objectif de la thèse a été de quantifier les bilans d’eau, d’azote et de carbone à l’échelle de la parcelle, pour différentes cultures candidates et différentes pratiques culturales. Nous nous sommes appuyés sur le dispositif expérimental de long terme « Biomasse & Environnement », mis en place en 2006 à Estrées-Mons, en Picardie. Il compare deux cultures pérennes en C4 (Miscanthus × giganteus et switchgrass), deux cultures pluriannuelles fourragères en C3 (fétuque et luzerne) et deux cultures annuelles récoltées en plante entière (sorgho fibre et triticale). Il inclut deux niveaux de fertilisation et deux dates de récolte pour les cultures pérennes : récolte précoce (octobre) ou récolte tardive (février). Les mesures effectuées ont porté sur : i) la production de biomasse, ii) l’évolution des stocks d’eau du sol en continu pendant 7 ans, iii) la profondeur et la densité des systèmes racinaires, iv) le drainage et la concentration en nitrate de l’eau drainée, évalués avec le modèle STICS à partir des stocks d’eau et d’azote minéral du sol mesurés en milieu d’automne et fin d’hiver, v) les stocks de carbone organique du sol en 2006 et 2011-2012, vi) le devenir de l’engrais azoté, suivi par marquage isotopique 15N de l'engrais pendant 4 ou 5 années successives.Grâce à leur enracinement profond, les cultures pérennes et pluriannuelles ont prélevé davantage d’eau que les cultures annuelles, notamment en profondeur. Le drainage sous les cultures pluriannuelles a été plus faible que sous les cultures annuelles (64 contre 133 mm an-1 en moyenne sur 7 ans), malgré une production de biomasse équivalente. Il a été intermédiaire pour les cultures pérennes (56-137 mm an-1) et très fortement lié à la production (elle-même fonction de l’espèce et de la fertilisation azotée). La concentration en nitrate a varié de 2 à 23 mg l-1. Elle a été en général plus faible sous les cultures pérennes, sauf pour le miscanthus lors de la première année de mesure. Les stocks de carbone du sol ont augmenté fortement sous les cultures pluriannuelles (+0.93 t C ha-1 an-1) mais n'ont pas varié significativement pour les autres cultures. Le 15N retrouvé dans la biomasse récoltée a été plus faible pour les cultures pérennes, particulièrement lorsqu’elles sont récoltées tardivement, mais cela est compensé par une plus forte proportion de 15N dans leurs organes souterrains et dans le sol. Le 15N retrouvé dans le système sol-plante a été de 69% de l’azote apporté pour les cultures pérennes, 61% pour les cultures pluriannuelles et 56% pour les cultures annuelles, ce qui suggère que des pertes importantes ont eu lieu par volatilisation et dénitrification. Dans nos conditions pédoclimatiques, les cultures pérennes en C4 sont les plus intéressantes pour concilier forte production de biomasse, forte efficience d’utilisation de l’eau et de l’azote et faibles pertes d’azote vers l’hydrosphère et l’atmosphère. En revanche, seules les cultures pluriannuelles permettent de stocker du carbone à court terme
Second generation biofuels could provide renewable energy to the transportation sector while mitigating climate change. However, their greenhouse gas, energy and environmental balances will probably depend on the feedstock used for their production. Bioenergy crops that could be used for second generation biofuels will have to fulfil several requirements, including high productivity, low input requirements, and low environmental impacts. The objective of this work was to assess the water, N and C balances at the plot scale for various bioenergy crops with different management. The study is based on a long term field experiment, called “Biomass & Environment”, established at the INRA experimental station in Estrées-Mons, northern France. This experiment includes two perennial C4 crops (Miscanthus × giganteus and switchgrass), two semi-perennial forage C3 crops (fescue and alfalfa) and two annual C4/C3 crops (fibre sorghum and triticale). It compares two nitrogen treatments and two dates of harvest of perennial crops: early (October) or late harvest (February). Measurements have been carried out on: i) biomass production; ii) soil water stocks, monitored continuously during 7 years; iii) root depth and density; iv) drainage and nitrate concentration in drained water, assessed from soil water and mineral N content measurements (in mid-autumn and late winter) and using the STICS model; v) soil organic carbon (SOC) stocks in 2006 and 2011-2012; vi) the fate of 15N-labelled fertiliser applied during 4 or 5 successive years.Thanks to their deep rooting system, perennial and semi-perennial crops consumed more water than annual crops. The amount of drained water was lower under semi-perennial than annual crops (64 vs. 133 mm yr-1 average over 7 years), despite an equivalent biomass production. It was intermediate under perennial crops (56-137 mm yr-1) and negatively correlated to biomass production, itself depending on crop species and N rate. Nitrate concentration in drained water varied between 2 and 23 mg l-1. It was generally lower under perennial than other crops, except for miscanthus on the first year of measurement. SOC stocks increased markedly over time under semi-perennial crops (+0.93 t C ha-1 yr-1), whereas no significant change occurred under perennial and annual crops. The 15N recovery in the harvested biomass was lower for perennial than other crops, particularly when harvested late, but compensated by a higher 15N recovery in belowground organs and soil. The overall 15N recovery in the soil-plant system was 69% in perennials, 61% in semi-perennials and 56% in annual crops, suggesting that important fertiliser losses occurred through volatilisation and denitrification. In our pedo-climatic conditions, the C4 perennial crops performed best in terms of production, water and nitrogen use efficiency, and nitrogen losses towards the groundwater and the atmosphere. However, only semi-perennial crops yielded in SOC sequestration