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2015

publié le , mis à jour le

ABIDI Nejib
"Interactions argiles naturelles-effluents teinturiers-Influence des propriétés de surface des argiles et mécanismes d’adsorption des colorants."
1er avril 2015 - co direction : Malika Trabelsi-Ayadi, Professeur à l’Université de Carthage de Tunisie et Joëlle Duplay

ADAM Véronique
"Evaluation des impacts et des risques écotoxicologiques des nanomatériaux manufacturés sur l’eau, les sédiments et les sols par une approche combinée ACV-ER (Analyse du Cycle de Vie - Evaluation du Risque)".
25 septembre 2015 - Gaetana Quaranta (Directrice de thèse) et Stéphanie Loyaux-Lawniczak (Co-encadrante de thèse)
résumé
Les nanomatériaux (NMs) font aujourd’hui partie intégrante de notre vie quotidienne. Parmi eux, les NMs de TiO2 représentent le second marché le plus important aux échelles européennes et mondiales. Toutefois, de nombreuses incertitudes subsistent concernant leur devenir et leurs effets potentiels dans l’environnement et donc leurs risques potentiels.
Dans ce travail de thèse, l’analyse du cycle de vie (ACV) et l’évaluation du risque (ER) ont été combinées en un outil unique, permettant d’évaluer les impacts et risques potentiels des NMs de TiO2 dans l’eau, les sédiments et les sols. Une échelle « site-spécifique » a été adoptée, incluant un site de production, sa station de traitement des eaux usées et une surface d’environ 10 km² le long de la rivière dans laquelle les effluents industriels sont rejetés. Deux approches ont été utilisées simultanément pour évaluer les impacts et les risques des NMs de TiO2 provenant du site de production :
(1) une approche analytique a été mise en œuvre, permettant d’échantillonner des eaux industrielles et naturelles, des sédiments et des sols, de caractériser les NMs produits dans l’usine et de déterminer le comportement d’agrégation de ces NMs dans l’eau de rivière ;
(2) une approche bayésienne de modélisation a été réalisée afin d’évaluer leur devenir dans les eaux et sédiments de la rivière, ainsi que leurs effets et risques potentiels associés en mésocosmes. Il a ainsi été montré que le TiO2 est présent en faibles concentrations dans l’eau de rivière (< 60 µg.L-1). Les deux approches ont démontré qu’en aval des points de rejet des effluents, une faible part des NMs de TiO2 sédimente. De plus, une analyse de sensibilité du modèle de devenir a montré le besoin de caractériser plus précisément la dimension fractale des agrégats pour quantifier la masse de NMs TiO2 qui sédimente, surtout aux valeurs de dimension fractale les plus importantes. Enfin, des risques potentiels à l’échelle cellulaire (production d’espèces oxydantes réactives, capacité de phagocytose,…), à l’échelle de l’individu (filtration,…) et de mortalité induits par des NMs d’anatase ont été évalués sur deux espèces, Dreissena polymorpha et Gammarus roeseli, exposées à de faibles concentrations (≤ 1 mg.L-1) et pendant plusieurs semaines en mésocosme. Des risques ont été montrés concernant plusieurs des biomarqueurs mesurés, notamment la mortalité chez G. roeseli, indiquant le besoin d’évaluer les effets potentiels des NMs de TiO2 produits sur l’aire d’étude dans ces conditions, pertinentes d’un point de vue environnemental.

BABCSANYI Izabella
"Copper transport and isotope fractionation in an agrosystem."
19 mai 2015 - co direction : G. Imfeld et F. Chabaux soutenance en anglais
résumé
Les fongicides cupriques jouent aujourd’hui un rôle essentiel dans la viticulture conventionnelle et biologique, la culture du houblon, de fruits et de pommes de terre et restent indispensables, en particulier en agriculture biologique, par manque d’alternatives efficaces. Depuis la fin du 19ème siècle, le traitement des vignes par le cuivre a engendré une augmentation de sa teneur dans les sols viticoles (souvent > 100 mg.kg-1, alors que la moyenne mondiale des sols, sans ajouts de cuivre anthropique, est de 30 mg.kg-1). Le Cu peut donc s’accumuler et atteindre des taux préoccupants dans les sols viticoles et dans les eaux et les sédiments des écosystèmes aquatiques suite à des phénomènes de transport par dérive, ruissellement et érosion. En Alsace, la viticulture représente la principale culture pérenne utilisatrice du Cu et la connaissance du cycle du Cu en contexte viticole demeure faible.
Ce travail de thèse vise à mieux comprendre et prédire le transport du cuivre en réponse aux variations climatiques et aux perturbations anthropiques (occupation du sol, épandage de fongicides cupriques) afin de (i) tracer l’accumulation et la distribution des fongicides cupriques dans des sols viticoles et leur mobilisation via la lame ruisselante, (ii) étudier les processus de rétention et de relargage éventuel du cuivre dans un bassin d’orage, récepteur du ruissellement chargé en cuivre et (iii) évaluer les processus de transformation du cuivre dans des sédiments à long terme (phénomène dit de « vieillissement » ou aging en anglais). L’originalité de l’approche repose sur un développement analytique de l’étude du fractionnement isotopique du cuivre, et l’application de ce développement à des expériences en laboratoire (mésocosmes) et de terrain (système en série bassin versant viticole-milieu humide artificiel).
Les résultats montrent que :
(i) Durant 5 à 6 décennies d’exploitation des parcelles viticoles, les sols en surface sont enrichis en cuivre de 8 à 24 fois par rapport au fond géochimique. Les minéraux argileux ainsi que la matière organique jouent un rôle essentiel dans l’accumulation du Cu.
(ii) Lors des évènements pluvieux, environ 1% de la masse de cuivre appliquée sous forme de fongicides cupriques est mobilisé pendant la saison en majeur partie sous forme particulaire, lié à des argiles. Les lames ruisselantes peuvent transporter des teneurs en cuivre 3 fois plus élevées que le seuil écologique recommandé pour le bon fonctionnement des écosystèmes aquatiques.
(iii) Les zones tampons humides artificielles (bassins d’orage) récoltant les lames ruisselantes provenant de petits bassins versants viticoles peuvent retenir en moyenne 68% de la masse de Cu dissous et plus de 92% du Cu particulaire, réduisant ainsi la charge du cuivre dans les lames ruisselantes. En conditions de hauts débits, le Cu en sortie est enrichi en isotope 63Cu, suggérant sa re-mobilisation sous forme réduite (sulfure de Cu(I), Cu(0)) dans les sédiments du bassin.
(iv) Le « vieillissement » du cuivre dans les sédiments des zones tampons humides artificielles tend à réduire sa mobilité et sa disponibilité.

BEREZ Amor
"Dépollution par l’argile naturelle d’effluents teinturiers -Etude expérimentale et modélisation du processus d’adsorption/désorption en réacteur fermé et en colonne de percolation."
2 avril 2015 - co direction : Malika Trabelsi-Ayadi, Professeur à l’Université de Carthage de Tunisie et G. Schäfer

ELSAYED AZZAM Omniea
"Biodegradation of chloroacetanilide herbicides in wetlands."
23 janvier 2015 - dir. G. Imfeld soutenance en anglais
résumé
Les chloroacétanilides sont une famille d’herbicides largement utilisée en agriculture, et contribuent de ce fait à la pollution environnementale. Leur devenir, y compris dans les écosystèmes rédox-dynamiques récepteurs comme les zones humides, est encore mal compris. Dans ce travail, la dégradation microbienne de chloroacétanilides (métolachlore, acétochlore et l’alachlore) a été étudiée par des approches innovantes de chimie analytique et de biologie moléculaire, à l’échelle du laboratoire en utilisant des microcosmes en colonnes, et in situ dans des zones humides construites à ciel ouvert et conçues pour traiter les intrants chimiques issus de l’agriculture.
Une nouvelle méthode d’analyse isotopique composés-spécifiques a été développée. Les résultats indiquent la biodégradation des chloroacétanilides dans les zones humides, également suggérée par la détection des produits de dégradation correspondants (acides éthane sulfonique et oxanilique). Dans les expériences en microcosme de laboratoire, les chloroacétanilides ont principalement été dégradés dans les zones anoxiques de la rhizosphère, suggèrant un rôle prépondérant des processus anaérobies. L’analyse par chromatographie chirale du métolachlore a en outre révélé la dégradation préférentielle de l’énantiomère S du métolachlore, confirmant l’importance des processus biologiques dans la dissipation des chloroacétanilides. Les corrélations qui ont pu être observées entre les changements de variables hydrochimiques et de conditions hydrauliques et des différences de composition bactérienne détectées par génotypage par polymorphisme de longueur des fragments de restriction (T-RFLP) et par pyroséquençage du gène ARNr 16S confirme le potentiel de bio-indicateurs basés sur l’ADN pour suivre le fonctionnement des écosystèmes.
Sur la base de ce travail, la détection et l’identification des micro-organismes et des voies biochimiques responsables de la dégradation de chloroacétanilides dans les zones humides, ainsi que l’élaboration d’indicateurs génétiques bactériens pour le suivi de la dégradation de chloroacétanilides en zones humides, émergent comme autant d’objectifs de recherche à court-terme.

QIAN Shao
Modeling Coupled Fluid Flow, Heat and Mass Transfer with Thermo-mechanical Process Application to Cracked Solid Oxide Fuel Cell.
24 mars 2015 - dir. A. Younes soutenance en anglais

PAN Yi
Modélisation couplée des écoulements de surface et de sub-surface dans un bassin versant par approches numériques à dimensions euclidiennes réduites.
26 octobre 2015 - dir. F. Delay

résumé étendu

SCHNEIDER Laurianne
"Développement d’un modèle numérique pour l’écoulement triphasique de fluides incompressibles en milieux poreux utilisant l’approche de pression globale."
18 février 2015 - dir. G. Schäfer
résumé
La modélisation des hydrosystèmes souterrains est devenue un outil crucial dans la gestion des ressources d’eaux souterraines ainsi que pour la surveillance des sites contaminés. L’objectif de ce travail de thèse est de modéliser l’écoulement d’une phase non-aqueuse liquide dense dans les sols,
et de développer un code pour la simulation des écoulements triphasiques de fluides incompressibles en milieux poreux.
Le modèle mathématique pour les écoulements multiphasiques de fluides en milieux poreux est généralement constitué d’une équation de pression et de deux équations de saturation. Notre approche est fondée sur une formulation en pression globale : elle permet un découplage partiel des équations de pression et de saturations, et elle est plus efficace en termes de résolution numérique. Le nouveau modèle est discrétisé selon un schéma Implicite en Pression-Explicite en Saturation.
Dans ce travail de thèse, la méthode des Eléments Finis Discontinus de Galerkine est combinée à un schéma de Godunov généralisé pour la résolution de la partie convective de l’équation de saturation. Un écoulement diphasique non miscible avec effets gravitaires importants et sans capillarité a été simulé. Une analyse fonctionnelle démontre que le profil de saturation de la phase
non-aqueuse entrante dépend essentiellement du rapport de la vitesse totale sur la différence de densité entre la phase non aqueuse et l’eau. Un écoulement 2D dans un milieu hétérogène a également été simulé avec ce code.
Lorsque les effets capillaires sont pris en compte, l’équation de saturation est également composée d’une partie diffusive, résolue dans cette étude par une Méthode des Eléments Finis Mixtes Hybrides. Le code développé a permis de simuler un drainage gravitaire à grande échelle.
Enfin, un modèle numérique non-linéaire d’écoulement triphasique de fluides utilisant la Méthode des Lignes est introduit. Les causes d’oscillations instables du système en zone elliptique sont examinées. Des méthodes de relaxation et la construction d’un modèle de perméabilités relatives vérifiant la condition de Différentielle Totale sont envisagées.

TOLONI Ivan
Transport of TiO2 nanoparticles in saturated and unsaturated porous media : experiments and modeling.
23 septembre 2015 - co direction : ACKERER Philippe, DR CNRS et LEHMANN François, PR

résumé