Thèses sur le sujet « Sols industriels pollués »

Nous avons étudié la colonisation végétale de sols de friches industrielles pollués par des hydrocarbures aromatiques polycycliques et des métaux lourds. Différentes approches ont été choisies dans le but de caractériser les premières étapes de la dynamique successionnelle végétale mais aussi de cerner les mécanismes cellulaires impliqués dans le phénomène de tolérance des plantes aux polluants. Des expérimentations en parcelles utilisant le sol de l ancienne cokerie de Neuves- Maisons ont permis de mettre en évidence l importance des banques de graines des sols et des pluies de graines dans l établissement d une communauté pionnière sur sol pollué. Le suivi de la flore des parcelles a permis d établir que la communauté pionnière, constituée de plantes annuelles et bisannuelles lors de la première année, est progressivement colonisée par les plantes pérennes et clonales dominant majoritairement lors de la seconde année. Par ailleurs, la comparaison de communautés se développant sur des sols témoin et pollué suggère une phytotoxicité du sol industriel conduisant à des pertes de richesse et diversité spécifiques. Néanmoins, ces différences semblent s estomper au fur et à mesure du processus de colonisation. Chez les plantes qui parviennent à survivre et croître sur sol pollué, les réponses anti-oxydantes sont sollicitées, confortant l hypothèse de leur rôle crucial dans le succès colonisateur des espèces étudiées. Toutefois, nous avons montré également que le succès de la colonisation pouvait résider également dans une production de graines plus tolérantes vis-àvis de la contamination.Par ailleurs, l analyse de transects au sein même de la friche industrielle d Homécourt, site d une ancienne cokerie, a apporté des éléments de réponse supplémentaires. Les résultats font apparaître une relation entre les descripteurs des communautés (richesse spécifique et indice de diversité de Shannon-Weaver) et les concentrations en Cd et Hg du sol. Par ailleurs, chez les espèces présentes le long des transects (Arrhenaterum elatius, Euphorbia cyparissias ou Tanacetum vulgare), les mesures des défenses antioxydantes et des teneurs en phytochélatines attestent d un stress lié à l exposition métallique. Toutefois, l abondance de ces espèces ne s est pas révélée être liée aux niveaux de contamination du sol. Il en résulte de des perspectives intéressantes en ce qui concerne les applications environnementales de ces résultats
We studied the revegetation of an industrial wasteland soil polluted by polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals. Different approaches were chosen in order to characterize the first steps of a plant succession and to elucidate the cellular mechanisms involved in plant metal tolerance. Experiments on plots filled with a soil collected from the former coke factory site of Neuves-Maisons (54, France) highlighted the importance of soil seed banks and seed rains in the establishment of a pioneer community on a polluted soil. The study of the plots flora allowed us to prove that the pioneer community, essentially composed of annuals and biannuals during the first year, was gradually colonized by perennials and clonal plants which dominated the second successionnal year. In addition, the comparison of communities established on control and polluted soil suggested a soil phytotoxicity leading to losses of species richness and diversity. Nevertheless, such differences seemed to decrease progressively during the succession process. At last, in the species that survived and grew in the polluted soil, leaf antioxidant enzymes responded, confirming their putative crucial role in the colonization success of these species. However, we showed that this success could also be due to a production of seeds more tolerant toward soil contaminants. Moreover, the study of transects in the industrial wasteland of Homecourt (54, France), a former coke factory site, gave supplementary data, highlighting the relationship between community descriptors (species richness, Shannon-Weaver s diversity indice) and soil Cd and Hg concentrations. Moreover, for the species present along the transects (Arrhenaterum elatius, Euphorbia cyparissias or Tanacetum vulgare), the measurements of antioxidants defences and phytochelatin levels revealed a metallic stress. Nevertheless, the abundance of the species was not related to soil pollutant concentrations. The possible environmental applications of these results will be also discussed

À l’heure actuelle, la contamination des sols est une problématique majeure. En France, un peu plus de 10 045 sites et sols pollués ont été recensés à la mi-2022. D’après une étude de 2018, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les éléments traces métalliques (ETM) étaient responsables de cette pollution à hauteur de 14% et 23%, respectivement. La pollution des sols a un impact significatif sur la biodiversité des écosystèmes et la santé humaine. Dans le cadre des politiques d’urbanisation et d’une « zéro artificialisation nette » des sols, la restauration des friches industrielles présente un grand interêt, mais la dépollution de sols co-contaminés en HAP et ETM reste un défi. La mycoremédiation, procédé utilisant les capacités naturelles de souches fongiques afin d’éliminer ou de transformer certains polluants présents dans une matrice environnementale, suscite un intérêt grandissant de par la résistance de certaines souches fongiques à la co-contamination et à leur capacité à coloniser les sols par leur réseau mycélien. Ces travaux de thèse ont permis d’amorcer le développement de nouveaux outils analytiques pour l’analyse des HAP et de certains métabolites oxygénés (cétones, quinones, hydroxylés) de manière semi-automatisée par thermodésorption couplée à la GC-MS/MS en tandem. Une nouvelle méthode, utilisant un polymère de cyclodextrine, a été appliquée pour évaluer la bioaccessibilité des HAP dans le sol industriel d’étude. Une étude en microcosmes de sol d’une durée de 6 mois a permis d’exclure l’utilisation de la souche modèle Absidia cylindrospora pour la mycoremédiation du sol étudié : les fortes concentrations et disponibilités de certains ETM (Pb, Cu, Zn), la très faible bioaccessibilité des HAP, n’ont pas permis à la souche fongique de contribuer significativement à la biodégradation des HAP. De nouvelles souches fongiques ont été isolées à partir du sol industriel. Une souche indigène de Penicillium annulatum résistante aux Cu, Pb et Zn et capable de biodégrader les HAP a été sélectionnée pour une étude à plus grande échelle, en bac pouvant contenir 2 kg de sol. Après inoculation sur un support solide original, un développement fongique important a été observé dans le sol ainsi que la dégradation significative des polluants organiques (en moyenne 22% pour les HAP et 33% pour les polychlorobiphényles (PCB)) en moins de 4 mois
Soil contamination is a major issue today. In France, over 10,045 polluted sites and soils had been identified by mid-2022. According to a 2018 study, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and trace metals (TMEs) were responsible for 14% and 23% of this pollution, respectively. Soil pollution has a significant impact on the biodiversity of ecosystems and human health. In the context of urbanisation policies and ‘zero net artificialisation’ of soils, the restoration of brownfield sites is of great interest, but the decontamination of soils co-contaminated with PAHs and TMEs remains a challenge. Mycoremediation, a process that uses the natural capacities of fungal strains to eliminate or transform certain pollutants present in an environmental matrix, is attracting growing interest due to the resistance of certain fungal strains to co-contamination and their ability to colonise soils through their mycelial network. This thesis work led to the development of new analytical tools for the semi-automated analysis of PAHs and certain oxygenated metabolites (ketones, quinones, hydroxylates) using thermodesorption coupled with tandem GC-MS/MS. A new method, using a cyclodextrin polymer, was applied to assess the bioaccessibility of PAHs in the industrial studied soil. A 6-month study in soil microcosms ruled out the use of the model strain Absidia cylindrospora for the mycoremediation of the studied soil: the high concentrations and availability of certain TMEs (Pb, Cu, Zn) and the very low bioaccessibility of PAHs meant that the fungal strain could not make a significant contribution to PAH biodegradation. Then new fungal strains were isolated from the industrial soil. An indigenous strain of Penicillium annulatum, resistant to Cu, Pb and Zn and capable of biodegrading PAHs, was selected for a larger-scale study, in a container that could hold 2 kg of soil. After inoculation thanks to an original solid support, significant fungal growth was observed in the soil, as well as significant degradation of organic pollutants (22% for PAHs and 33% for polychlorinated biphenyls (PCBs) on average) in less than 4 months

La phytoextraction est l'utilisation de plantes hyperaccumulatrices pour retirer les métaux toxiques des sols. La thèse était destinée à connaitre le comportement et l'aptitude à extraire les métaux d'un hyperaccumulateur de Zn/Cd, Thlaspi caerulescens, sur différents sols pollués et d'évaluer sa réponse à des pratiques agronomiques. Des semences provenant de deux sites métallifères ont été semées sur divers matériaux pollués et la biomasse et minéralomasse métallique mesurées. Des profils de sols ont été reconstitués en rhizotrons et le développement du système racinaire et les changements de pH rhizosphérique déterminés. La réponse des plantes à la fertilisation N et P et à la présence de plantes compagnes a été étudiée. Des essais en plein champ ont été installés sur un sol agricole recevant une boue urbaine contaminée et sur un sol industriel présentant une pollution organo-minérale. Les résultats montrent que T. Caerulescens peut s'installer sur des matériaux très différents du support d'origine comme une terre agricole, une boue et des terres industrielles. Un niveau de Zn biodisponible trop faible limite la croissance de la plante et augmente le prélèvement de Pb et Cd. Suivant son origine, la plante peut prélever jusqu'a 23 000 mg Zn kg-1 et 2 100 mg Cd kg-1 ms. La fertilisation P a peu d'effet sur la croissance et diminue la phytoextraction. La fertilisation N augmente la production de biomasse et l'extraction des métaux malgré une baisse de la concentration du métal dans les tissus des plus grandes plantes inferieure à celle attendue par l'effet de dilution. Le système racinaire s'installe préférentiellement et montre des changements de morphologie dans les zones polluées ou des variations de pH sont observées. Au champ, les plantes se développent sur sol agricole et industriel dans les conditions climatiques de la lorraine et répondent à la présence de boues par un accroissement de la production de biomasse et du prélèvement des métaux. Des simulations montrent une extraction significative des métaux des sols accompagnée d'une réduction des pools de métaux facilement extractibles. En conclusion, la phytoextraction des métaux avec des hyperaccumulateurs choisis peut être fortement améliorée par des pratiques agronomiques adaptées qui favorisent la production de biomasse sans réduire l'extraction des métaux.

La gestion des sites industriels pollués constitue aujourd'hui un enjeu important. De points noirs isolés, les sites industriels pollués sont devenus l'objet d'une politique nationale. Le choix des objectifs de traitement d'un site et des techniques de traitement appropriées nécessite la prise en compte d'un grand nombre de critères parfois conflictuels, sur le plan environnemental notamment. Mais le cas des sites industriels pollués est surtout emblématique du double processus d'appropriation-désappropriation qui accompagne nos activités techniques. Le site pollué est une forme de « désappropriation » héritée des activités passées. Le traitement, s'il permet une « réappropriation » du site, implique en contrepartie une exploitation des ressources naturelles lors de sa mise en œuvre. Il est aujourd'hui nécessaire de disposer de méthodes susceptibles de contrôler ce phénomène d'appropriation-désappropriation. L'ACY, dont l'objectif est d'évaluer l'ensemble des impacts environnementaux liés au cycle de vie d'un produit ou d'un service paraît a priori adéquate. Mais une analyse critique plus précise de cette méthode montre qu'elle ne permet pas d'évaluer les impacts environnementaux des systèmes techniques. Après avoir levé ce que nous appelons le paradoxe de l'ACY, nous en proposons une nouvelle lecture et montrons qu'elle constitue un outil d'amélioration de la productivité des ressources naturelles et qu'en ce sens elle peut être utilisée dans une procédure plus générale de contrôle des techniques. Enfin, afin d'illustrer notre propos, nous concluons par une application de l'ACY au choix d'une technique de traitement d'un site pollué par du soufre
The management of industrial polluted sites is a major issue. From isolated problems, polluted sites are now the subject of a national policy. More particularly from an environmental viewpoint, the choice of the objective of the treatment and the selection of suitable treatment techniques need to take into account a lot of conflicting criteria. But the case of industrial polluted sites is, above all, an illustration of the double process of « appropriation-disappropriation » which characterises any technical activity. The polluted site is a form of« disappropriation » inherited from past activities. On one hand, the treatment allows an « appropriation » of the site but, on the other hand, it induces an exploitation of natural resources which can be considered as a « disappropriation » process. We need methods to control this « appropriation-disappropriation » process. Life cycle assessment, which aims at assessing environmental impacts on the life cycle of products, seems to suit properly. But a more precise analysis of the method shows that it cannot assess environmental impacts of technical systems. We have called this phenomenon «the paradox of life cycle assessment ». We have suppressed this paradox and proposed. A new interpretation of the method, showing that it is a good tool for improving the productivity of natural resources. LCA can be used in a more general procedure for the control of the development of technical activities. We conclude with an illustration of the use of LCA for the choice of the treatment of a site polluted by sulphur

Dans un contexte où les préoccupations environnement-santé sont croissantes à l’échelle globale. Améliorer la compréhension des mécanismes de biodisponibilité et d’(éco)toxicité des polluants métalliques persistants est un enjeu prioritaire, notamment en raison de leur omniprésence observée dans les écosystèmes en relation avec leur compartimentation et spéciation . Le ver de terre est utilisé pour évaluer la qualité des sols ; de plus cet organisme du sol de par ses activités de bioturbation a une influence sur les cycles biogéochimiques. Des tests d’écotoxicité en conditions contrôlées sur vers de terre ont donc été réalisés avec différents sols et espèces de vers. Puis une étude d’impact sur les communautés de vers a été effectuée sur un site pollué présentant un gradient de concentration. L’influence de la bioturbation du ver sur la phytodisponibilité des polluants a été étudiée grâce à des expériences en mésocosmes. Finalement, des mesures de bioaccessibilité des polluants ont été réalisées in vitro sur des sols et végétaux pollués dans différents contextes : friches industrielles, jardins potagers, terrain de sport. L’objectif étant d’étudier le lien entre biodisponibilité pour l’homme, caractéristiques des sols et contexte de pollution. Deux approches complémentaires ont été développées : recherche scientifique liés aux mécanismes et développement d’outils, de procédures pratiques utilisables par les gestionnaires et évaluateurs de risques. L’écotoxicité des métaux et métalloïdes (notés ETM) sur les vers de terre n’est pas simplement régie par leurs concentrations totales, mais dépend fortement des caractéristiques physico-chimiques des sols. Par ailleurs, l’analyse des communautés de ver de terre présentes sur un site contaminé permet d’évaluer la qualité des sols puisqu’on constate un impact sur les l’abondance, la diversité et le taux de juvénile des vers. De plus, la bioturbation du ver de terre augmente significativement la biodisponibilité des ETM pour les plantes potagères telles que la laitue. Finalement, la bioaccessibilité humaine des ETM est régi par de nombreux facteurs liés en particulier au contexte de pollution. Cette fraction bioaccessible des ETM est directement responsable de leur cytotoxicité sur les cellules intestinales. Ces différents résultats ont été complétés par des études mécanistiques (IR, EXAFS, XANES, µ-XRF)
In a context where environmental health concerns are globally increasing. Improve understanding of the mechanisms and bioavailability (eco) toxicity of persistent metals pollutants is a priority, especially because of their observed omnipresence in ecosystems in relation to their compartmentation and speciation. The earthworm is used to assess soil quality; moreover this soil organism through its bioturbation activities affects biogeochemical cycles. Ecotoxicity tests under controlled circumstances on earthworms have been conducted with different soils and worms’ species. Then an impact study on earthworms’ communities was conducted on a polluted site showing a concentration gradient. The influence of earthworms’ bioturbation on phytoavailability of pollutants was studied through experiments in mesocosms and Rhizotest. Finally, in vitro measures of pollutants bioavailability were performed on polluted soils and plants in different contexts: brownfields, gardens, sports field. The objective is to study the link between bioavailability for humans, soil characteristics, context of pollution and toxicity. Two complementary approaches have been developed: scientific research related to the mechanisms and development of tools, practical procedures which could be used by managers and risk assessors. Ecotoxicity of metals and metalloid (denoted ETM) on earthworms is not simply governed by their total concentrations, but strongly depends on the physico-chemical characteristics of soils. Furthermore, analysis of earthworm communities from a contaminated site can evaluate the quality of soil since seen an impact on the abundance, diversity and rate of juvenile worms. In addition, earthworms’ bioturbation significantly increases the bioavailability of ETM for vegetable plants such as lettuce. Finally, the human bioaccessibility of ETM is governed by many factors, in particular the context of pollution. The bioaccessible fraction of ETM is directly responsible for their cytotoxicity on intestinal cells. These results were complemented by mechanistic studies (IR, EXAFS, XANES, μ-XRF)

Le sol est une ressource non renouvelable à conserver en raison de son importance socio-économique et environnementale. Mais, les activités (bio)industrielles peuvent le dégrader et entraîner l'apparition de friches à pollutions persistantes. La capacité de Miscanthus x giganteus à s'adapter aux sols de friches pollués en éléments traces métalliques (ETM), tout en favorisant la consolidation des processus de bioremédiation des polluants, sans entraîner d'impact négatif sur l'environnement, est étudiée. Des terrains lorrains, très impactés par l'activité industrielle passée, sont utilisés. Considérant la complexité des relations sol-plante-microorganismes, différents outils d'évaluation complémentaires (i.e. in vitro, en mésocosme et sur le terrain) sont employés afin de déterminer la réponse de chaque composante et de leurs interactions et ainsi déduire la durabilité de la méthode. La culture de M. x giganteus a un potentiel pour la réhabilitation des sols de friche à pollutions multimétalliques ou mixtes (+HAP), avec un double bénéfice : la phytostabilisation des ETM au niveau racinaire et la production d'une biomasse aérienne revalorisable (transfert limité des ETM). La plante n'altère pas les caractéristiques du sol qui participent à la mobilité des ETM (pH, CEC) ; les variations de celles liées à la fertilité du sol, de la toxicité (fraction liquide) et de l'accumulation des ETM par d'autres organismes, attestent de l'interaction avec le milieu qui rendrait les éléments plus disponibles. L'activité végétale est à l'origine des associations avec les bactéries du sol, où les phylotypes potentiellement métallorésistants (Zn, Cr) semblent communs aux sols utilisés
Soil is a nonrenewable resource to maintain because of its socio-economic and environmental importance. However, (bio)industrial activities can degrade soil and cause the appearance of persistent pollution brownfields. The ability of Miscanthus x giganteus to adapt to brownfield soils polluted with heavy metals (HM), while promoting the consolidation process of bioremediation of polluants, without causing a negative impact on the environment, is studied. Soils from Lorraine region (France), very affected by past industrial activity, are used. Considering the complexity of soil-plant-microorganisms relationships, various complementary assessment tools (i.e. in vitro,mesocosm and field) are used to determine the response of each component and their interactions, and thus deduce the sustainability of the method. The culture of M. x giganteus has great potential for rehabilitation of brownfield soils having a multimetallic pollution or mixed (+PAH) with a double benefit: phytostabilisation of HM at the root level and the production of biomass reclaimable (limited transfer of HM). The plant does not alter the characteristics of the soil involved in the mobility of HM (pH, CEC) ; but changes from those related to soil fertility, toxicity (liquid fraction) and the accumulation of HM by other organisms attest to the interaction of the plant with the elements that would make them more available. Plant's activity is causing associations with soil bacteria, for which the phylopes potentially métalloresistants (Zn, Cr) seem common in soils used

L'objectif était d'étudier la mobilité des HAP contenus dans un sol industriel pollué. Après une caractérisation physico-chimique du sol, les différentes expériences de lixiviations menées sur ce sol ont montré que la mobilité des polluants concernait à la fois les polluants sous forme dissoute et sous forme particulaire. Malgré une pollution massive du sol, le relargage des HAP sous forme dissoute est très limité en particulier pour des températures voisine de 15°C. Par contre le relargage devient significatif lorsque la fraction particulaire est prise en compte. Tandis que le relargage de la fraction dissoute est régulier dans le temps, le relargage particulaire n'est que temporaire : il apparaît lorsque la force ionique de la solution lixiviante est suffisamment faible et se termine quand le potentiel de HAP particulaires du sol est épuisé
The aim of this work was to study the mobility of PAH contained in a polluted industrial soil. After having established the physical and chemical features of the soil, the various lixiviation tests have revealed that both dissolved and particulate pollutants were concerned by the mobility of PAH. In spite of a heavy pollution of the soil, the release of dissolved PAH is limited particularly when the temperature during lixiviation is about 15°C. On the opposite, the release is quite significant when the particulate part is taken into account. The study revealed that the release of the dissolved part is regular, even with time whereas is temporary. It occurs when ionic strength of the leaching is low enough and it ends when there is no more particulate PAH in the soil

Une unité pilote de traitement thermique en continu de terres polluées par des composés organiques a été mise au point pour étudier la faisabilité du procédé de désorption thermique au niveau préindustriel. L'influence des principaux paramètres (température, pression, temps de séjour et débit d'air de balayage) est étudiée avec un sol initialement pollué à 1% en HAP et a permis de montrer que la température et le débit d'air de balayage sont les facteurs prépondérants pour obtenir une faible teneur résiduelle en HAP. Un essai réalisé en optimisant tous les paramètres a permis de dépolluer une terre polluée par des HAP avec une efficacité proche de 100%. Un bilan de matière effectué sur les principaux constituants du sol a permis de suivre leur cheminement dans l'unité pilote et de vérifier l'efficacité du traitement des terres et des effluents gazeux : le suivi du flux des HAP a montré que la teneur en COV dans les gaz rejetés à l'atmosphère était largement inférieure aux limites réglementaires. Des essais comparatifs réalisés avec des sols de nature différente et de teneurs en HAP voisines entre le traitement thermique en statique (autoclave) et en continu indiquent que ces deux procédés ont des impacts différents sur les taux de décontamination et que le traitement en statique ne peut donc pas servir d'outil préliminaire à l'étude du traitement thermique d'un sol pollué. Le transport des polluants organiques dans une particule de sol soumise à une élévation de température a également été modélisé. Une étude paramétrique dans le cadre de ce modèle a permis d'observer l'influence des différentes caractéristiques du grain de sol (porosité, surface spécifique, tortuosité et diamètre) et d'observer l'importance du transport par diffusion des polluants dans le grain de sol dans le phénomène de décontamination.

La remédiation des sols contaminés par les polluants organiques persistants comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) s’est largement développée après la découverte de milliers de sites pollués partout dans le monde. Parmi les polluants organiques, les HAP méritent l'attention, car ils sont, pour la plupart, considérés comme persistants, « bioréfractaires », relativement immobiles dans les sols, toxiques, carcinogènes et mutagènes. Plusieurs techniques ont été étudiées pour éliminer ces polluants des sols, et, parmi elles, les Procédés d’Oxydation Avancés (POA) ont été proposés récemment. Les POAs sont considérés comme une méthode alternative pour traiter les matrices contaminées par des substances bioréfractaires. Dans ce travail, les POA ont été étudiés pour évaluer leur efficacité pour l'oxydation de HAP contenus dans quatre types d’échantillons de sol d’origines brésilienne et française, portant des contaminations récentes ou anciennes. Ces POA étaient : (i) le traitement par réactif de Fenton (H2O2 en présence de Fe(II)), (ii) le réactif de Fenton sans ajout de Fe(II), considérant que les minéraux présents constituent une source suffisante, c’est le traitement dit «Fenton-like», (iii) et (iv) les deux traitements précédents avec exposition au rayonnement UV, dits « photo-Fenton » et « photo-Fenton like », et enfin (v) le permanganate de potassium. Dans chaque cas conditions optimales de traitement ont été déterminées par la méthode des plans d’expériences. De plus, on a étudié la sélectivité du traitement en comparant la dégradation de HAP de différents poids moléculaire inférieur et on a cherché à mettre en évidence la formation ou non de sous-produits d’oxydation. Enfin, la qualité des sols après traitement a été évaluée, par mesure des propriétés physico-chimiques des sols, et surtout par des expériences de germination et croissance d’une plante modèle, le ray grass, en vue de savoir si le traitement par POA permet une revégétalisation ultérieure des terrains traités. D'une manière générale, des résultats satisfaisants ont été atteints dans tous les cas pour l'oxydation du HAPs par POAs. Quant à la qualité des sols après traitement ;, on a montré que le traitement par KMnO4 n'était pas compatible avec la revégétalisation. Par contre le traitement par le réactif de Fenton favorise la revégétalisation des sols traités
Remediation of soils contaminated by persistent organic pollutants like Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) have been widely developed after the discovery of thousands of contaminated sites all over the world. Among the organic pollutants, PAHs are considered as biorefractory compounds, relatively immobile in soils, toxic, carcinogenic and mutagenic. Several techniques have been studied to remove these pollutants from soils, as the Advanced Oxidation Processes (AOPs) that have been proposed in recent years. AOPs are considered as an attractive alternative able to clean up matrices contaminated by refractory substances. In this work, AOPs have been studied to assess their efficacy in the oxidation of PAHs contained in four soil samples from Brazil and France. These AOPs were: (i) treatment by Fenton reactant (H2O2 and Fe(II), (ii) Fenton-like reactant, i.e. Fenton reactant without Fe(II) addition, considering that naturally occurring minerals provided Fe(II), (iii) and (iv) the same treatment with UV radiation, so-called photo-Fenton and photo-Fenton like reactions, and eventually (v) potassium permanganate. In each case, the optimal conditions were determined following factorial designs. Moreover, treatment selectivity was investigated, comparing the oxidation of lower and higher molecular weight PAHs. The formation of oxidation by-procducts was also assessed. To finish, the quality of treated soils was evaluated, by measuring the physico-chemical properties and above all by germination and growth experiments with ray grass chosen as a model plant. The objective was to assess if the treatments allowed further revegetation. In all cases, good oxidation results were reached. Concerning the evaluation of soil quality, it was shown that the treatment by KMnO4, was not compatible with further revegetation. Fenton’s reactant had a good effect on soil quality for further revegetation
Remediação de solos contaminados por poluentes orgânicos persistentes tem merecido destaque devido a descoberta de milhares de áreas contaminadas em todo mundo. Dentre os poluentes orgânicos, que merecem atenção encontram-se os hidrocarbonetos políciclicos aromáticos (HPAs) pois são compostos recalcitrantes, relativamente imóvel no solo, tóxicos, carcinogênicos e mutagênicos. Várias técnicas vêm sendo estudada a fim de remover estes poluentes dos solos podendo citar atualmente os Processos Oxidativos Avançados (POAs). Os POAs trata-se de um tratamento alternativo capaz de degradar das matrizes contaminadas por substâncias refratárias. Neste trabalho, os POAs têm sido estudado para avaliar seu comportamento na oxidação dos HPAs em quatro diferentes tipos de solo, originados do Brasil e da França. Avaliou-se como esses processos se comportam em relação a uma antiga e recente contaminação, bem como avaliar a existência da seletividade em relação aos HPAs de baixo e alto peso molecular e identificar a possibilidade de formação de intermediários de oxidação. Também pretende-se analisar a qualidade do solo após o tratamento visando avaliar se este solo pode ser revegetalizado ou torna-se inerte. Os POAs que aplicados nestes solos foram: Reagente de Fenton, Reagente Fenton-like, Reagente Foto-Fenton empregando-se a radiação natural e artificial, Reagente Foto-Fenton like e Permanganato de Potássio. De uma maneira geral, resultados satisfatórios foram alcançados em todos os solos estudados para a oxidação dos HPAs pelos POAs. Em relação a avaliação da qualidade dos solos da França após aplicar os POAs , o tratamento por Permanganato de Potássio não foi compatível com o processo de revegetalização. Já o tratamento por reagente de Fenton foi compatível ao processo e ainda observou uma melhora no crescimento das plantas quando comparado ao solo contaminado

La recherche porte sur les interactions entre les végétaux et un sol industriel contaminé par des hydrocarbures aromatiques polycycliques. L'approche in situ est basée sur une analyse phytosociologique des plantes herbacées présentes sur une friche de cokerie couplée avec des données édaphiques. Cette étude montre qu'il n'y a pas de végétation herbacée particulière liée à la présence des HAP dans le sol. L'approche expérimentale est basée sur l'étude du développement de deux graminées, Lolium Perenne et Alopecurus myosuroides. Sur les terres polluées, un retard de la germination et un développement moins rapide des racines des graminées sont observés. Il n'y a par contre pas d'effets importants des polluants sur la croissance des parties aériennes. L'analyse des teneurs en HAP des graminées, cultivées en milieux contrôlés avec l'atmosphère et le sol séparés, montre que les végétaux sont principalement pollués par la voie racinaire. Cependant, aucun phénomène de bioaccumulation n'est observé. Une translocation d'une partie des polluants des racines vers les parties aériennes est mise en évidence. Des essais de longue durée montrent des variations de comportement dans le transfert des polluants vers les parties aériennes lorsque les plantes sont cultivées seules ou ensembles. En culture mixte, les polluants ne sont presque plus absorbés par Lolium Perenne. A l'inverse, Alopecurus myosuroides transfère dans ses tiges une quantité importante d'HAP. Ces cultures plus longues, ont montré que le recouvrement de la terre polluée avec une terre saine limite fortement la contamination des végétaux. La question de l'impact des végétaux sur la décontamination des sols utilisés lors des expériences est analysée. Les concentrations en HAP totaux ne sont pas significativement diminuées après un an de culture de Lolium Perenne. Cependant, les concentrations de certaines polluants dont le benzo[g,h,i]pérylène diminuent suite à la stimulation de la microflore par les végétaux
The research concerns the interactions between vegetation and industrial soils contamined with polyaromatic hydrocarbons (PAH). The approach in situ is based on a phytosociological analysis of the present herbaceous plants on a fallow land of cokeworks combined with physio-chemical soil data. This study shows that there is no particular herbaceous vegetation related to the presence of the HAP in the soil. The experimental approach is based on the study of the development of two grasses, Lolium perenne and Alopecurus Myosuroides. On the polluted soil, a germination delay and a slower development of the roots of grasses are observed. However, no important effects of contaminants on the growth of the abroveground plant parts. The analysis of the contents of HAP in grasses, cultivated in a controlled environment with the atmosphere and the soil separated, shows that grasses are mainly contaminated through the roots. However, no phenomenon of bioaccumulation is observed. Furthermore, a translocation of a part of contaminants of the roots towards the abroveground plants parts is revealed. Long-term attempts show variations of behavior in the transfer of pollutants towards the air parts when plants are cultivated alone or together. In mixed culture, pollutants are almost not absorbed by Lolium perenne. On the contrary, Alopecurus myosuroides transfers in the stalks important quantities of HAP. Furthermore, these longer cultures, showed that the addition of a layer of healthy earth on the polluted soil limits strongly the contamination of vegetation. The question of the impact of vegetation on the decontamination of soils used during the experiments is analysed. The total concentrations of HAP are not significantly decreased after one year of Lolium perenne’s culture. Meanwhile, the concentrations of some contaminants like the benzo[g,h,i]perylene decrease, due to the simulation of microorganisms by the grasses

Increasing soil degradation and its consequences on overall ecosystem services urge for restoration strategies. Construction of Technosols through assemblage of treated soil and industrial wastes is an innovative technology for the restoration of polluted land and re-use of industrial by-products. Recent studies have evidenced that Technosols could support ecosystemic services such as primary production but the knowledge about other soil functions, such as biogeochemical cycling, is limited. Due to the significant contribution of microbial communities to soil functioning, this PhD work was carried out to study the effect of the type of Technosol on microbial communities with a focus on functional guilds involved in N cycling. For this purpose, the abundance and diversity of the total bacterial community and the abundance of crenarchaeal community together with the abundance and activities of the nitrifying and denitrifying communities were investigated in two types of Technosols. Results demonstrated that diversity and composition of the bacterial community were similar to 'natural soils' and were not significantly different between the two Technosols with Proteobacteria being the dominant phylum (50-80%). The bacterial ammonia oxidizers were greater in number than crenarchaeal ammonia oxidizers but also correlated to the potential nitrification activity suggesting that bacteria are the dominant ammonia oxidizers in Technosols. The abundance of both the ammonia oxidizers and the denitrifiers were in the same range than that observed in other soil systems. Analyses of the vertical distribution of the activity and abundance of N-cycling communities in the Technosols showed a significant depth-effect, which was more important than the Technosol type-effect. Technosols physicochemical properties and the abundance of the bacterial ammonia oxidizers were the main drivers of the nitrification activity whereas the denitrification activity was controlled mainly by the Technosols physicochemical properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers. The estimation of the functional stability of the denitrification process against the heat-drought stresses revealed that Technosol exhibited the high resistance and resilience in comparison to the thermally treated soil. This work highlighted the potential of constructed Technosols to ensure the N cycling ecosystem services, along with a high capacity to resist and recover from environmental stresses, suggesting that construction of Technosols is a promising technology and a solution for the restoration of industrial wastelands and waste recycling

L'augmentation de la dégradation des sols et ses conséquences sur les services écosystémiques nécessite le développement de stratégies de restauration de ces sols. La constitution de Technosols, résultant de l’assemblage de sols pollués et de déchet industriels, est une approche innovatrice pouvant à la fois permettre de restaurer les sols et de recycler des sous-produits industriels. Des études récentes ont mis en évidence que les Technosols pouvaient assurer des services écosystémiques tels que la production primaire. Toutefois, notre connaissances des autres services écosystémiques rendus par les Technosols tels que les cycles biogéochimiques est limitée. En raison de la contribution significative des communautés microbiennes aux cycles biogéochimiques dans les sols, l’objectif de ce travail de thèse était l’effet du type de Technosol sur les communautés microbiennes et plus particulièrement les communautés fonctionnelles impliquées dans le cycle de l’azote. Dans ce contexte, (i) la densité et la diversité de la communauté bactérienne totale, (ii) la densité de la communauté crenarchéenne ainsi que (iii) la densité et les activités des communautés nitrifiante et dénitrifiante ont été étudiées dans deux types de Technosols différents. Les résultats obtenus montrent que la diversité et la composition de la communauté bactérienne des deux Technosols n'étaient pas significativement différentes entre elles, et similaires à celles de ‘sols naturels’, les Proteobacteria étant le phylum dominant (50-80%). La densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium était non seulement plus importante que celle des crenarcheae qui oxyde l’ammonium, mais est également corrélée avec l'activité potentielle de nitrification suggérant ainsi que les bactéries sont responsables de l’oxydation de l’ammonium dans les Technosols. La densité des dénitrifiants et de la communauté oxydant l’ammonium sont du même ordre de grandeur que celles observées dans les sols agricoles. L’analyse de la distribution de l'activité et de la densité des communautés nitrifiante et dénitrifiante dans les différents horizons des Technosols montre un effet négatif de la profondeur, cet effet étant plus marqué que l’effet du type de Technosol étudié. Les propriétés physico-chimiques des Technosols et la densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium sont corrélés à l'activité de nitrification alors que l'activité de dénitrification était contrôlée principalement par les propriétés physico-chimiques des Technosols, et dans une moindre mesure par la densité de la communauté dénitrifiant possédant le gène nirS. L'estimation de la stabilité fonctionnelle du processus de dénitrification vis-à-vis de périodes stress hydrique et thermique a montré que les Technosols présentaient une plus haute résistance et une meilleure résilience que des sols remédiés par traitement thermique uniquement. Ce travail souligne le potentiel des Technosols à assurer les services écosystémiques tels que le cycle de l’azote, ainsi que leur forte capacité à résister et à se remettre de stress environnementaux. Tout ceci semble donc indiquer que la construction de Technosols est une technologie prometteuse qui pourrait permettre la restauration de friches industrielles et le recyclage des déchets industriels
Increasing soil degradation and its consequences on overall ecosystem services urge for restoration strategies. Construction of Technosols through assemblage of treated soil and industrial wastes is an innovative technology for the restoration of polluted land and re-use of industrial by-products. Recent studies have evidenced that Technosols could support ecosystemic services such as primary production but the knowledge about other soil functions, such as biogeochemical cycling, is limited. Due to the significant contribution of microbial communities to soil functioning, this PhD work was carried out to study the effect of the type of Technosol on microbial communities with a focus on functional guilds involved in N cycling. For this purpose, the abundance and diversity of the total bacterial community and the abundance of crenarchaeal community together with the abundance and activities of the nitrifying and denitrifying communities were investigated in two types of Technosols. Results demonstrated that diversity and composition of the bacterial community were similar to ‘natural soils’ and were not significantly different between the two Technosols with Proteobacteria being the dominant phylum (50-80%). The bacterial ammonia oxidizers were greater in number than crenarchaeal ammonia oxidizers but also correlated to the potential nitrification activity suggesting that bacteria are the dominant ammonia oxidizers in Technosols. The abundance of both the ammonia oxidizers and the denitrifiers were in the same range than that observed in other soil systems. Analyses of the vertical distribution of the activity and abundance of N-cycling communities in the Technosols showed a significant depth-effect, which was more important than the Technosol type-effect. Technosols physicochemical properties and the abundance of the bacterial ammonia oxidizers were the main drivers of the nitrification activity whereas the denitrification activity was controlled mainly by the Technosols physicochemical properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers. The estimation of the functional stability of the denitrification process against the heat-drought stresses revealed that Technosol exhibited the high resistance and resilience in comparison to the thermally treated soil. This work highlighted the potential of constructed Technosols to ensure the N cycling ecosystem services, along with a high capacity to resist and recover from environmental stresses, suggesting that construction of Technosols is a promising technology and a solution for the restoration of industrial wastelands and waste recycling

Le sol est un objet de conquête, tant par les richesses qu'il renferme que par sa potentialité d'appropriation. Sa pollution est une conséquence néfaste et imperceptible du développement. La prise en compte tardive du problème des sols pollués traduit la vision réduite avec laquelle l'homme les appréhende et la réticence à légiférer sur un objet approprié. Surface d'occupation et d'aménagement, le sol est un outil d'urbanisation et un support de prérogatives, avant d'être un milieu vivant. La dualité est manifeste sur les zones industrielles littorales où les règles juridiques applicables oscillent entre protection de l'environnement et développement industriel. L'analyse de leur application permet d'éclairer le paysage juridique complexe des zones industrielles polluées. Nuançant l'approche utilitariste de la gestion des sols pollués, la thèse affirme la nécessité d'une protection renouvelée des fonctions écologiques des sols pour ériger une gestion patrimoniale durable de l'environnement.

Au-delà des avancées techniques et technologiques dans la transformation de sous-produits marins en produits d’intérêt, les paramètres territoriaux, économiques, sociaux, politiques et environnementaux qui régissent toutes formes d'approches pour la valorisation des sous-produits de poisson, doivent être pris en compte, pour comprendre pourquoi et comment elles sont applicables. Le secteur halieutique est confronté à plusieurs problèmes tels que la diminution des stocks, le recours croissant aux importations, l’essor de l'aquaculture ou les changements de comportement des consommateurs qui compliquent la problématique de la valorisation des sous-produits car elle est liée à la transformation des matières premières. Certains projets ont abordé cette thématique au cours des dernières années, ayant permis l’acquisition de données quantitatives et qualitatives sur les gisements de sous-produits disponibles, il convient alors d’étudier la faisabilité de la mise en oeuvre de projets de valorisation sur différents territoires. Tout d'abord basé sur une étude de différents scénarii français, une comparaison avec la situation en Galice (Espagne) a été faite permettant d'identifier les facteurs de réussite et les points de blocage tels que les volumes traités, le nombre et la proximité des transformateurs de poisson, la qualité ou la gestion quant à toutes les voies de valorisation. Cela permettra l'élaboration d'un outil d’aide à la décision efficace pour des projets futurs. Pour les territoires qui ne peuvent pas atteindre les spécifications développées dans ce travail, une solution alternative a été étudiée qui consiste à mélanger plusieurs types de sous-produits organiques issus des industries agro-alimentaires et les supermarchés, à une échelle locale. Ce schéma permettra de contourner les goulets d'étranglement identifiés, notamment en augmentant les sources de matières premières, mais induira d'autres problèmes qui seront soulignés
Beyond the technical and technological advances in the conversion of marine by-products into useful products, the territorial, economic, social, political and environmental parameters, which govern all forms of approaches for fish by-products upgrading, must be taken in account. This is essential to understand why and how bioconversion technologies are applicable. The fishery sector is facing several issues such as fish stocks weakening, recourse to imports, aquaculture rising or consumers behaviors which complicate the approach of fish by-products upgrading as it is linked to the raw material processing. Thanks to some projects addressed this thematic in recent years, several quantitative and qualitative data about by-products deposits are available. Then, the aim is to study the feasibility of an upgrading project application on different territories. Firstly based on a study of the French different scenarios, a comparison with the situation in Galicia (Spain) has been made. The comparison of these cases allows to identify factors of success or sticking points such as volumes treated, number and proximity of fish processors, qualitative parameters or management regarding to all kind of up-grading fields. An optimal up-gradation of fish by-products depends of many of these factors it is so essential to identify and to study them. Such demonstration will help developing an efficient decision support instrument (DSI) for future projects. For territories which cannot reach the specifications developed in this work, an alternative solution has been studied which consists in mixing several types of organic by-products from agrofood industries and supermarkets, on a reduced scale. This schematic will permit to bypass the ottlenecks identified in particular by increasing the sources of raw materials, but will induce other issues that should be highlighted

L’OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE VALORISER LES CO-PRODUITS DE SARDINE (SARDINA PILCHARDUS) PAR LA MISE EN ŒUVRE DE TECHNIQUES DOUCES AVEC UN INVESTISSEMENT ET UNE DEPENSE ENERGETIQUE MODERES AFIN D’OBTENIR DES COMPOSES D’INTERET MAJEUR. LES TECHNIQUES D’HYDROLYSE ENZYMATIQUE ET DE SEPARATION MEMBRANAIRE ONT ETE CHOISIES POUR CETTE ETUDE. LES ENZYMES RETENUES POUR CETTE ETUDE ONT TOUT D’ABORD ETE ETALONNEES DE FAÇON A DETERMINER LEURS CONDITIONS OPERATOIRES OPTIMALES. LES HYDROLYSES ONT ENSUITE ETE MENEES EN DEUX ETAPES, UNE PREMIERE POUR DETERMINER L’EFFICACITE DES ENZYMES SUR LES MATRICES VISEES ET CIBLER LE DOMAINE D’ETUDE, LA SECONDE ETAPE A QUANT A ELLE PORTE SUR L’OPTIMISATION DE L’HYDROLYSE PAR PLAN D’EXPERIENCES AVEC POUR OBJECTIF D’OBTENIR LA LIBERATION DE LIPIDES LA PLUS IMPORTANTE POSSIBLE EN JOUANT SUR LES PARAMETRES INFLUENTS DE L’HYDROLYSE. UNE FOIS CES CONDITIONS DETERMINEES, LA PHASE SOLUBLE RESULTANT DE L’HYDROLYSE OPTIMISEE A ETE TRAITEE PAR ULTRAFILTRATION AFIN DE SEPARER LES LIPIDES DES PEPTIDES. LES LIPIDES DES CO-PRODUITS DE SARDINE ONT MAJORITAIREMENT ETE RECUPERES DANS LES PHASES LIQUIDES RESULTANTES DE L’HYDROLYSE. LA FRACTION AQUEUSE A DE PLUS MONTRE UNE FORTE TENEUR EN PHOSPHOLIPIDES. LES ACIDES GRAS DE LA FAMILLE DES w3 SONT REPRESENTE A HAUTEUR DE 20% DANS CES FRACTIONS. CONCERNANT LES MATRICES DIFFICILES A BROYER, L’EXTRACTION DES LIPIDES A ETE AMELIOREE EN REALISANT UNE HYDROLYSE ENZYMATIQUE PAR RAPPORT A UNE EXTRACTION CLASSIQUE. LE TRAITEMENT PAR ULTRAFILTRATION DE LA PHASE SOLUBLE A PERMIS, APRES DETERMINATION DES PARAMETRES OPERATOIRES, DE SEPARER LES FRACTIONS LIPIDIQUES ET PEPTIDIQUES EN CONCENTRANT LES PHOSPHOLIPIDES DANS LE RETENTAT
THE MAIN GOAL OF THIS WORK WAS TO UP-GRADE SARDINE (SARDINA PILCHARDUS) BY-PRODUCTS USING MILD PROCEDURE, ENVIRONMENTALLY SOUND, IN ORDER TO OBTAIN VALUABLE COMPOUNDS INVOLVING MODERATE INVESTMENT AND LOW ENERGY CONSUMPTION. HYDROLYSIS AND ULTRAFILTRATION TECHNIQUES HAVE BEEN INVESTIGATED. FIRSTLY, SELECTED ENZYMES HAVE BEEN CALIBRATED IN ORDER TO DETERMINE THEIR OPTIMAL CONDITIONS WITH A MODEL SUBSTRATE AND TO PERMIT THE COMPARISON BETWEEN THEM. THEN, HYDROLYSIS ON SARDINE HEAD AND VISCERA HAVE BEEN CARRIED OUT IN TWO STEPS. THE FIRST ONE HAD THE OBJECTIVE TO DETERMINE THE ENZYME EFFICIENCY AND THE STUDY AREA. THE SECOND STEP WAS TO OPTIMISE ENZYMATIC HYDROLYSIS USING EXPERIMENTAL DESIGNS. THE AIM OF THIS SECOND STEP WAS TO OBTAIN THE HIGHEST LIPID RECOVERY IN THE LIQUID FRACTIONS USING THE VARIATION OF THE INFLUENTS HYDROLYSIS PARAMETERS SUCH AS TEMPERATURE, HYDROLYSIS TIME AND ENZYME CONCENTRATION. THE SOLUBLE PHASE OBTAINED AFTER THIS OPTIMISED STEP HAVE BEEN FILTERED USING ULTRAFILTRATION TECHNIQUE IN ORDER TO SEPARATE LIPIDS FROM PEPTIDES. LIPIDS FROM SARDINE BY-PRODUCTS HAVE BEEN MAINLY RECOVERED IN THE LIQUID FRACTIONS OF THE HYDROLYSATES. MOREOVER, AQUEOUS FRACTION HAS SHOWN A HIGH CONTENT OF PHOSPHOLIPIDS. W3 FATTY ACIDS REPRESENT AROUND 20% OF THE TOTAL FATTY ACIDS INTO THOSE FRACTIONS. REGARDING VISCERA, WHICH IS A HARDLY CRUSHING MATRIX, THE LIPID EXTRACTION YIELDS HAVE BEEN IMPROVED USING ENZYMATIC TREATMENT COMPARED TO TRADITIONAL EXTRACTION. THE ULTRAFILTRATION TREATMENT OF THE SOLUBLE PHASE HAS ALLOWED, AFTER THE DETERMINATION OF OPERATING CONDITIONS, TO SEPARATE LIPIDS FROM PEPTIDES AND TO CONCENTRATE THE PHOSPHOLIPIDS IN THE RETENTATE