Search

International audience; Les canalisations d'adduction d'eau en fonte ductile sont protégées par un revêtement cimentaire pouvant induire une augmentation transitoire du pH de l'eau. Ce phénomène dépend de différents paramètres, dont celui de l'équilibre calcocarbonique de l'eau en contact avec le revêtement. Cette étude vise à identifier et comprendre les interactions géochimiques entre une matrice cimentaire de CEM III et des eaux potables de différentes duretés. Il s'agit d'évaluer, en fonction de la composition chimique initiale de l'eau, (i) les amplitudes et les cinétiques d'évolution du pH et de relargage d'ions cimentaires dans l'eau, et (ii) les mécanismes d'altération de la pâte de ciment. Les pâtes de CEM III (contenant des laitiers de hauts-fourneaux) ont été soumises à des essais de lixiviation par de l'eau ultra pure et de l'eau minéralisée. Ces essais ont été réalisés en batchs successifs avec renouvellement régulier de la solution pendant 1 mois. Le pH des solutions de lixiviation est suivi en continu et les concentrations en ions en solution sont analysées à chaque renouvellement. Les modifications minéralogiques, microstructurales et chimiques des matériaux lessivés sont analysées à la fin de l'expérience par DRX et MEB+EDS.

Water scarcity is considered to be one of the most important problems faced by the world today. To alleviate this problem, it is important to study the feasibility of replacing partially or completely potable water for concrete production by treated wastewater. This paper studies the feasibility of using treated wastewater (TWW) from the Artois-Picardy Water Agency in Douai (Hauts de France-France region) for mortar mixing. The aims of this study is to limit watercourse discharges, reduce groundwater over-exploitation, and minimize natural resource pollution. To do this, three series of mortar mixtures have been formulated according to the NF EN 196 standard, varying the type of cement (CEMI CEMII and CEMIII) and mixed with treated wastewaters with a 0.5 water to cement (W / C) ratio. The performance of these mortar mixes were compared to the control ones (mixed with “drinking water” (DW)). The Experimental work included the workability, setting time, and density of different mortar mix designs using treated wastewater. In addition, the dynamic modulus of the mortar (Edyn) was determined, as well as the mechanical properties (compressive and flexural strength) at 7, 28, 60, 90, and 360 days after the mortar samples were made. Furthermore, the environmental assessment of the hardened mortars was evaluated by leaching tests according to the EN 1245–74 standard. The results obtained shown that TWWs had no adverse effect on physical properties (curing time, slump, porosity distribution, and density) of these mortars. On the other hand, the mortar mechanical properties were slightly lower than those of the control for samples made with cement CEM I and CEM II. However, a significant compressive strength increase was recorded for mortars made with CEM III cement. The mortar curing time, slump, and density made with TWW were closer to those of the control. The hardened mortars were then analyzed by scanning electron microscopy (SEM), and by Thermogravimetric Analysis (TGA) and differential Thermogravimetric Analysis (DTA)

This thesis integrates the general framework of the scientific research theme of the laboratory of hydrometallurgy and molecular inorganic chemistry ex valorization of ores of the USTHB. The work concerns the valorization of heavy rare earth elements (HREE) contained in secondary resources, in particular mining by-products and end-of-life electronic equipment, by innovative and low-cost processes. This work deals with the feasibility of separation techniques for the recovery of heavy rare earth elements (HREE) from an industrial waste resulting from the exploitation of phosphate ores of "Djebel Onk" in the eastern region of Tebessa in Algeria and electronic waste after leaching leading to solutions enriched in rare earth elements followed by an extraction using organophosphorus extractants and/or membrane processes. Samples labelled T1 to T7 of apatite ore from Djebel Onk (Tébessa, Algeria) were provided by the company Somiphos. Based on the analyses that were performed on all samples, sample T1 was selected in this study as containing the highest content of REEs. The solid residues were first leached with three different inorganic acids (HNO3, H2SO4, and H3PO4) at various concentrations and leaching times in an attempt to achieve the optimal parameters. The results of the leaching tests show a very high yield of REEs with HNO3 acid of 3N concentration during 24h, then a liquid-liquid extraction was implemented with two exctactants TOPO and D2EHPA and micro flotation tests using sodium oleate and alkylhydroxylamine as collectors under different conditions. Significant phosphate recovery rates were obtained. In addition, a series of membranes were synthesized or modified (NF270, NF90, NP030 and SB90) with the prospect of being used for rare earth separation. All the elaborated membranes have been characterized. The results obtained allow us to propose a protocol to valorize the REEs contained in the secondary resources. The NF90 membrane modified by PEI/PDA for 48h allowed the best purification yields to be obtained.; Cette thèse intègre le cadre général de la thématique de recherche scientifique du laboratoire d’hydrométallurgie et chimie inorganique moléculaire ex valorisation des minerais de l’USTHB. Le travail concerne la valorisation des éléments de terres rares lourds (ETRLs) contenus dans les ressources secondaires notamment les sous-produits miniers et les équipements électroniques en fin de vie par des procédés innovants et peu coûteux. Ce travail porte sur la faisabilité des techniques de séparation pour la valorisation des éléments de terres rares lourds (ETRLs) à partir d'un déchet industriel issu de l'exploitation des minerais de phosphate de "Djebel Onk" dans la région de Tébessa à l’Est de l’Algérie et les déchets électroniques après lixiviation menant à des solutions enrichies en éléments de terres rares suivie d’une extraction en utilisant des extractants organophosphorés et/ou des procédés membranaires. Des échantillons libellés de T1 jusqu’à T7 du minerai d'apatite provenant de Djebel Onk (Tébessa, Algérie) ont été fournis par la société Somiphos. D’après les analyses qui ont été effectuées sur tous les échantillons, l'échantillon T1 a été sélectionné dans cette étude car contenant la plus forte teneur en ETRs. Les résidus solides ont été d'abord lixiviés avec trois différents acides inorganiques (HNO3, H2SO4 et H3PO4) à des concentrations et des temps de lixiviation variés dans le but d’atteindre les paramètres optimaux. Les résultats des essais de lixiviation montrent un rendement très élevé d’ETRs avec l’acide HNO3 de concentration 3N durant 24h, ensuite une extraction liquide-liquide a été mise en œuvre avec deux exctactants TOPO et D2EHPA et des essais de micro flottaison en utilisant l’oléate de sodium et l’alkylhydroxylamine comme collecteurs dans différentes conditions. D’importants taux de récupération des phosphates ont été obtenus. Par ailleurs, une série de membranes ont été synthétisées ou modifiées (NF270, NF90, NP030 et SB90) dans la perspective d’être utilisées pour la séparation entre terres rares. Toutes les membranes élaborées ont été caractérisées. Les résultats obtenus permettent de proposer un protocole valorisant les ETRs contenus dans les ressources secondaires. La membrane NF90 modifiée par PEI/PDA pendant 48h a permis l’obtention des meilleurs rendements de purification.

Durability of lime-treated earthen structures is governed by the hydromechanical performances of the soil. However, fewer studies address the influence of pore solution's chemistry on the mechanism governing the hydraulic and microstructural evolution of the materials. The hydraulic and leaching performances of lime-treated soil, compacted by kneading, and subjected to circulations of demineralized water (DW) or a low ionic strength solution (LW) are studied. The evaluation is made in terms of pore volume flow (PVF), as it considers the soil and pore fluid interactions which govern the leaching mechanism. During the hydraulic conductivity test, 40 PVF of DW is circulated through the specimens within a duration, which is 20 times lower than the one obtained from the LW-subjected soil. Such an accelerated circulation dissolute minerals contained along the flow path in the soil matrix in a short time. This mechanism increases the volume of macropores greater than 500 Å diameter. Increased macropores, thus, increased the magnitude of the hydraulic conductivity in DW-subjected soil. Besides, due to a longer contact duration between the treated soil and the LW than in DW, a greater formation of the cementitious compounds occurred in the former compared to the latter., La durabilité des structures en terre traitée à la chaux est régie par les performances hydromécaniques du sol. Cependant, peu d'études abordent l'influence de la chimie de la solution interstitielle sur le mécanisme régissant l'évolution hydraulique et microstructurale des matériaux. Les performances hydrauliques et de lixiviation de sols traités à la chaux, compactés par pétrissage, et soumis à des circulations d'eau déminéralisée (DW) ou d'une solution de faible force ionique (LW) sont étudiées. L'évaluation est faite en termes de débit volumique des pores (PVF), car elle tient compte des interactions entre le sol et le fluide interstitiel qui régissent le mécanisme de lixiviation. Pendant le test de conductivité hydraulique, 40 PVF de DW circulent à travers les spécimens pendant une durée 20 fois inférieure à celle obtenue dans le sol soumis au LW. Une telle circulation accélérée dissout en peu de temps les minéraux contenus le long du chemin d'écoulement dans la matrice du sol. Ce mécanisme augmente le volume des macropores de plus de 500 Å de diamètre. L'augmentation des macropores, ainsi, a augmenté la magnitude de la conductivité hydraulique dans le sol soumis à la DW. En outre, en raison d'une durée de contact plus longue entre le sol traité et le LW que dans le DW, une plus grande formation des composés cimentaires s'est produite dans le premier par rapport au second.

International audience; Irrigated maize-based Cropping Systems (CS) are questioned because of the high risk of herbicide transfer to water. An 8-year systemic experiment was conducted to i) compute a multi-performance comparison between a Conventional Maize Monoculture (MMConv) and four CS that aimed to reduce irrigation and herbicide leaching: MMLI, a low-input MM using cover crop and Integrated Weed Management (IWM) techniques; MMStill, a Strip-tillage MM using cover crop; MMCT, a Conservation Tillage MM with cover crop; Maize-MSW, an IWM Maize rotated with Soybean and Wheat and ii) determine the main drivers and evaluate the influence of CS on herbicide leaching in maize. Drainage water was collected through 1-m depth lysimeter plates and analysed for 6 herbicide molecules and 1 degradation metabolite.MMLI yielded 10.7 t ha(-1) close to MMConv (11.5 t ha(-1)) despite a lower herbicide use (-57%) and irrigation (-21%). MMLI and Maize-MSW had less drainage events compared to MMConv. MMCT and MMStill both yielded less (respectively 7.6 t ha(-1) and 6.2 t ha(-1)) while their herbicide use increased (both +24%). Mean annual herbicide losses were 0.5 +/- 1.0 g ha(-1) for MMLI, 0.7 +/- 1.2 g ha(-1) for Maize-MSW, 1.3 +/- 2.1 g ha(-1) for MMStill, 2.0 +/- 4.8 g ha(-1) MMConv and 3.0 +/- 9.6 g ha(-1) for MMCT. Herbicide leaching remained variable but was consistently and mostly influenced by drainage volume. According to the CS, only 1.5 to 6.0 drainage events were responsible for 90% of the herbicide losses. High leaching peaks were identified for mesotrione and glyphosate and may indicate that preferential flows occurred, especially under MMCT. Quantity applied had limited influence on herbicide leaching. To reduce the herbicide leaching risk, CS must concomitantly manage water quality and quantity through a combination of agroecological practices, as in MMLI, a CS able to reach other technical objectives. Present study recommends assessing CS through a diversity of performance indicators.

International audience; The very rapid development of vertical flow constructed wetlands (VFCW) in Europe and throughout the world has induced a growing concern on the conditions of management of their surface sludge deposits (SD). The leaching of organic components from SD was explored in this study with respect to their potential impact on biochemical oxygen demand (BOD) and their role as complexing agents in the release of trace contaminants. The aromaticity and molecular size of leached organic compounds was investigated over a large range of pHs. Experimental results showed that the pH of the leaching aqueous solution influenced the concentration and characteristics of leached OC. Around the natural pH of SD aqueous suspensions (6 to 8), truly dissolved organics (8), large organic colloids (>30 kDa) were found predominant, exhibiting a low aromaticity growing with pH. Under acidic conditions (pH

Nitrogen fertilisers have contributed substantially to global food security and nutrition. However, when accumulated in excessive amounts in ecosystems, and the atmosphere, they lead to significant negative environmental impacts. There is frequently a large disparity between what is supplied by fertilisation and what is used by crops, leading to low nitrogen use efficiencies (NUE) of fertilisers. The recycling of organic residues in agroecosystems could be a promising alternative or complement to synthetic fertilisers, and a means to promote circular economic and agricultural sustainability. The overall aim of this PhD thesis was to evaluate and provide a detailed quantitative and temporal account of N inputs and outputs into and from a highly monitored experimental site cultivated with sugarcane. Secondly, it was to determine the fate of N from two types of organic fertilisers (pig slurry and methanised, limed, pelleted sewage sludge) as compared to mineral fertiliser, in the soil-sugarcane system. The evolution of sugarcane biomass and total N mass accumulation was measured monthly over 24 months for the four distinct fertiliser types: unfertilised, urea, pig slurry, and sewage sludge. The results revealed that the proportion of plant N contained in the roots could be considerable, representing up to 65 and 104 % of aboveground N mass in the urea and unfertilised treatments respectively.A combination of minimally destructive methods is proposed to determine the NUE throughout the sugarcane growth-cycle. Microplots containing 15N labelled urea or mulch were assessed over the two experimental years to study the respective contributions of different fertiliser sources to sugarcane N content. The mulch and previous fertiliser applications provided a constant but low contribution of less than 5 %, with mineral and organic fertilisers contributing 9.6-17.8 % and 4.4-7.1 % of the sugarcane N respectively. The soil was by far the largest source of N, providing a minimum of 74 % of the sugarcane N content. Calculations of fertiliser NUE were evaluated on a monthly basis with the difference and isotopic dilution methods, highlighting 1/ a difference between the values calculated using the two methods, which is reduced when the root component is considered, 2/ a pronounced decrease in the NUE over the last 6 months of the sugarcane growth-cycle when using the isotopic method suggesting a deficit in 15N which should be further interrogated, 3/ a particularly low NUE of 9.2 – 16.1 % for the reference fertiliser urea, partly as a result of a particularly high level of N loss via volatilisation. The N output from the sugarcane-soil system studied in detail was the leaching of fertiliser N. The N content in soil solutions and the corresponding water flux was studied using TDR probes and porous cups at three soil depths for the four fertiliser treatment types. The estimated losses at a depth of 100 cm did not exceed 18.3 kgNha-1 for the different fertiliser treatments. This result is probably in part as a result of the soil’s capacity to retain nitrates, as well as importantly due to the effective N uptake of the sugarcane after fertiliser N application, A complete budget of N flux at the scale of the agroecosystem was established for each fertiliser treatment, and revealed high levels of N loss for the urea and pig slurry fertilisers (36 % and 63 % respectively), as well as a particularly high level of immobilisation for the sewage sludge treatment (70 % of applied N). In conclusion, this thesis highlights 1/ the central role of soil as a major source of N, and 2/emphasised the important role of the root component of sugarcane, and 3/ the need to improve the efficiency of fertiliser use by lowering the level of volatilisation in Réunion. The use of organic fertilisers as a partial substitute for mineral fertilisers appears to be a good means to supply additional N to sugarcane and to the soil, while limiting environmental pollution., Les engrais azotés ont contribué de manière substantielle à la sécurité alimentaire et à la nutrition mondiales. Toutefois, l’azote qu’ils contiennent peut être accumulé en quantités excessives dans les écosystèmes ou dans l'atmosphère ; il entraîne alors des impacts environnementaux négatifs. Il existe souvent une grande disparité entre ce qui est fourni par la fertilisation et ce qui est utilisé par les cultures, ce qui entraîne de faibles rendements d'efficience de l'utilisation de l'azote (NUE) des engrais. Le recyclage des résidus organiques dans les agroécosystèmes pourrait être une alternative ou un complément prometteur aux engrais synthétiques, et un moyen de promouvoir une durabilité économique et agricole circulaire. L'objectif général de cette thèse de doctorat était dans un premier temps de dresser un bilan complet et dynamique des entrées et sorties d'azote dans un site expérimental fortement instrumenté cultivé en canne à sucre. Dans un second temps, il a s'agit d’étudier le devenir de l'azote apporté avec deux types d’engrais organiques (lisier de porc et boues d'épuration méthanisées chaulées séchées) dans ce système sol-plante en comparaison d’un apport d'engrais de référence (urée), pour la canne à sucre à la Réunion. L’évolution de la biomasse et de la minéralomasse de N a été mesurée au pas de temps mensuel au cours des 24 mois de l’étude dans les 4 traitements distincts (non fertilisé, urée, lisier de porc, boues de STEU). Les résultats a révélé que la part de l’azote de la plante contenu dans les racines pouvait être considérable et représenter jusqu’à 65 % et 104 % de l’azote mesurée dans la biomasse aérienne des traitements non-fertilisé et fertilisé. Un ensemble de méthodes peu destructives a été proposé afin d’estimer le NUE tout au long du cycle de croissance de la canne à sucre. Les contributions respectives de différentes sources de N pour la nutrition de la canne ont été déterminées à l’aide de microplacettes enrichis en 15N. Le paillis et les apports précédents d'engrais présentaient une contribution constante mais inférieure à 5 %, les engrais, qu’ils soient minéraux ou organiques, représentaient environ 4.4-17.8 % ; c’est donc le sol qui représentait de loin (>74 %) la principale source de N. Des calculs de NUE ont été élaborés avec deux méthodes, par différence et isotopique, mettant en évidence 1/ un écart de résultats entre méthodes, 2/ une baisse au cours des 6 derniers mois avec l’approche isotopique uniquement suggérant un déficit de 15N qu’il reste à élucider, 3/ une efficience faible autour de 9.2 – 16.1% pour l’engrais de référence en raison notamment d’un fort niveau de volatilisation. La lixiviation de l’azote apporté avec les engrais a été étudiée grâce à un dispositif de bougies poreuses à trois profondeurs du sol et dans les 4 traitements, et des sondes TDR pour la modélisation des flux hydriques. Les pertes estimées à 100 cm n’ont pas dépassé 18.3 kgN/ha quel que soit le traitement. Ce résultat est probablement à mettre au compte d’une capacité des sols à retenir les nitrates mais surtout à la dynamique de croissance de la canne. Un bilan complet des flux d'azote à l'échelle de l'agroécosystème a été établi pour chaque traitement fertilisant, et a montré des niveaux élevés de perte d'azote pour l'urée et le lisier de porc par volatilisation (36 % et 63 % respectivement), ainsi qu'un niveau élevé d'immobilisation pour les boues de STEU (70 % de l'azote apporté). En conclusion, ces travaux ont mis en évidence le rôle central du sol en tant que pourvoyeur de N. Ils ont mis en lumière le rôle de premier plan du compartiment racinaire ainsi que la nécessité d’améliorer l’efficience d’utilisation des fertilisants en abaissant le niveau de volatilisation à la Réunion. Le recours à des engrais organiques en substitution partielle des engrais minéraux apparait comme un bon moyen de nourrir les cultures et d’amender les sols, tout en limitant les pollutions environnementales.

More than 400 million tonnes of steel slag are produced every year worldwide. Although most of it is now recycled, mainly in the form of aggregates, large quantities are still landfilled every year (from 1 to 4 million tonnes in Europe). The presence of potentially toxic metallic trace elements (Cr, V, Mo) is one of the main obstacles to the recovery of this slag. It is necessary to know the long-term behaviour of these materials in order to predict the leaching of the metals they contain and their dispersion in the environment. In this thesis we focus on a steel-making site belonging to the Industeel - ArcelorMittal group and located in Châteauneuf (Loire, France). Several thousand tonnes of electric arc furnace slag were accumulated there over several decades, exposed to meteoric weathering. The objective is to characterise as finely as possible, at the scale of the sample but also of the slag heap, the mineralogical variations and to better understand the transformation processes that occur during the weathering of these materials. Different analytical techniques are used both in the laboratory and in the field. The coupling of chemical, mineralogical and magnetic analyses allowed a detailed characterisation of this slag which have already been partially altered. Then the installation of lysimeters and leaching tests helped to assess the mobility of the metals present and to understand the mineralogical transformations that take place during alteration., Plus de 400 millions de tonnes de laitiers sidérurgiques sont produits chaque année dans le monde. Si une majorité est aujourd’hui recyclée, principalement sous forme de granulats, des quantités importantes sont encore mises en décharges tous les ans (de 1 à 4 millions de tonnes en Europe). La présence d’éléments traces métalliques potentiellement toxiques (Cr, V, Mo) est l’un des principaux obstacles à la valorisation de ces laitiers. Il est nécessaire de connaitre le comportement sur le long terme de ces matériaux, afin de prédire le lessivage des métaux qu’ils contiennent et leur dispersion dans l’environnement. Dans cette thèse on s’intéresse à un site sidérurgique appartenant au groupe Industeel - ArcelorMittal et situé à Châteauneuf dans la Loire. Plusieurs milliers de tonnes de laitiers de four à arc électrique y ont été accumulés pendant plusieurs décennies, exposés à l’altération météorique. L’objectif est de caractériser le plus finement possible, à l’échelle de l’échantillon mais aussi du crassier, les variations minéralogiques et de comprendre davantage les processus de transformations qui se produisent au cours de l’altération de ces matériaux. Différentes techniques analytiques sont utilisées à la fois en laboratoire et sur le terrain. Le couplage d’analyses chimiques, minéralogiques et magnétiques a permis une caractérisation détaillée de ces laitiers déjà partiellement altérés. Puis l’installation de lysimètres et des tests de lixiviation ont aidé à évaluer la mobilité des métaux présents et à comprendre les transformations minéralogiques qui s’opèrent au cours de l’altération.

During the potabilization process, several treatments are applied to the water making its chemical composition evolve, and it is not uncommon to observe premature deteriorations on concrete-made water tanks. Leaching mainly consists in the dissolution of one part of the cementitious materials hydrates, when it is in contact with an aggressive water. Calcium carbonate formation on the edge, which is the main difference between physicochemical of leaching by unmineralized water and mineralized water, leads to ambiguous consequences. Leaching tests using a mineralized solution have been conducted. To tackle experimental results analysis difficulties, analysis tools, a numerical one in one hand and an analytical model-based one in the other hand, were developed. Several clues are suggesting that calcium carbonate formation on the edge of the samples can first act as a calcium ions pump, before it slows exhanges between the environment and the pore solution. It was also shown that, all other factors been equal, calcium concentration has an influence on mortar leaching. Still this parameter is not in the durability concrete standards, like the NF EN 206/CN standard. Then, the aggressiveness index, called Langelier, appears to be complementary; Lors du processus de potabilisation, l’eau subit différents traitements faisant évoluer sa composition chimique, et il n’est pas rare d’observer des dégradations prématurées de réservoirs, construits en béton. La lixiviation consiste principalement en la dissolution d’une partie des hydrates du matériau cimentaire, lorsqu’il est en contact avec une eau agressive. La formation de carbonate de calcium en surface, qui est la différence majeure entre la physico-chimie de la lixiviation par une eau déminéralisée et par une eau minéralisée, mène à des conséquences ambiguës. Des essais de lixiviation par une solution minéralisée ont donc été conduits. Face aux difficultés d’analyse des résultats expérimentaux, des outils d’analyse, numérique d’une part et fondé sur de la modélisation analytique d’autre part, ont été développés. Plusieurs indices suggèrent que la formation de carbonate de calcium au bord des échantillons joue d’abord un rôle de pompe à ions calcium, avant de permettre un ralentissement des échanges entre l’environnement et la solution porale. Il a été possible de montrer que tous paramètres égaux par ailleurs, la concentration en calcium a une influence sur la lixiviation du mortier. Ce paramètre est pourtant absent des normes de béton, et notamment de la norme NF EN 206/CN. L’indice d’agressivité, dit de Langelier apparait donc complémentaire.

Residual Origin Fertilizing Materials (ROFM) are land spread on agricultural soils as a source of nutrients and organic matter. However, under certain circumstances, they can also release pharmaceutical compounds (PC) that are potentially dangerous for the environment. The objective of this thesis is to determine the mobility of ionic PC in ROFM amended soils in order to better control their uses. For this end, this study consisted of, firstly, characterizing the ROFM and the soils by examining their organic matter composition and their cationic exchange capacities. Secondly, the major mobility factors were evaluated by desorption batch of 9 ionic PC from 10 ROFM and 3 soils amended by 5 of the previous ROFM. For the ROFM, depending on the PC, the ionic speciation has a very important role in the desorption of these molecules. In the case of sulfonamides, the uncharged species are strongly sorbed whereas the anionic species are weakly retained. The behaviour of the PC, during the leaching of ROFM alone, does not allow the evaluation of their behaviour with amended soils. For soils, correlations can be observed between the ionic species and the sorbed amounts but the relation between the two is less direct in comparison with those obtained with the ROFM. The results from the study have shown the important impact of the PC ionic speciation during desorption in ROFM and soils, and the importance of soil characteristics such as the amount of organic matter and the cationic exchange capacity. Subsequently, studies could be carried out to confirm the low sorption of anionic species, to elucidate the behaviour of cationic species in ROFM and to find a better way to estimate the ionic speciation in soils.; Les Matières Fertilisantes d’Origine Résiduaire (Mafor) sont épandues sur les sols agricoles comme source de nutriments et de matière organique. Cependant, sous certaines conditions, ils peuvent aussi libérer des composés pharmaceutiques (CP) potentiellement dangereux pour l’environnement. L’objectif de cette thèse est de déterminer la mobilité des CP ioniques dans les sols amendés par des Mafor pour pouvoir mieux contrôler leurs usages. Pour cela, cette étude a consisté dans un premier temps à caractériser les Mafor et les sols en regardant principalement leur composition en matières organiques et leur capacités d’échange de cations. Dans un second temps, les facteurs majeurs de la mobilité ont été évalués par des expériences de désorption en batch de 9 CP ioniques depuis 10 Mafor et 3 sols amendés par 5 des Mafor précédentes. Pour les Mafor, en fonction du CP, la spéciation ionique a un rôle très important dans la désorption de ces molécules. Dans le cas des sulfamides, les espèces neutres sont fortement sorbées alors que les espèces anioniques sont faiblement retenues. Les comportements des CP lors de la lixiviation des Mafor seules ne permettent pas d’évaluer leurs comportements avec les sols amendés. Pour les sols, des corrélations peuvent être observées entre les espèces ioniques et les teneurs sorbées mais la relation entre les deux est moins directe en comparaison avec celle obtenu avec les Mafor. Les résultats de l’étude ont montré l’impact primordial de la spéciation ionique des CP lors de la désorption dans les Mafor et les sols, et l’importance des caractéristiques des sols dont la teneur en matière organique et la capacité d’échange cationique. Par la suite, des études pourraient être menées pour confirmer la faible sorption des espèces anioniques, pour élucider le comportement des espèces cationiques dans les Mafor et pour trouver une meilleure estimation de la spéciation ionique dans les sols.

Retrieving metals contained in waste from electric and electronic equipements (WEEEs) is an environnemental and economic challenge. One step of this process is hydrometallurgy : metals contained in crushed WEEEs are lixiviated by concentrated inorganic acid solutions. In this framework, we explore the use of liquid foams for copper lixiviation. Liquid foams have two main advantages : decreasing the liquid waste volume and benefiting from oxidizing properties of the bubble gas. Two reactants that require dioxygene to dissolve copper have been studied : hydrochloric acid and hydroxylamine. Compared to a solution, liquid foams increase the kinetics of copper dissolution reactions that imply a gas phase. This effet is due to a faster dioxygen transport to the metal. To go further into the understanding of these transport phenomena, we designed a forced drainage experimental setup. It consists in injecting the foaming solution at a constant flowrate on the top of a foam column. We then observe two regimes. In the first one, the dissolved copper quantity is limited by the protons flux that reaches the copper surface. Thus, this quantity increases with the set flowrate. In the second regime, it is limited by the dioxygene flux and so it decreases with the flowrate. Thus, the foam structure directly influence the copper dissolved quantity., La récupération des métaux issus de déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEEs) présente un intérêt environnemental et économique. Une des étapes de ce processus est l'hydrométallurgie : les métaux contenus dans les broyats de DEEEs sont lixiviés par des solutions d'acides inorganiques concentrées. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse explore l'utilisation d'une mousse liquide pour lixivier le cuivre. Les mousses liquides présentent deux intérêts majeurs : diminuer le volume de déchets liquides et bénéficier du pouvoir oxydant du gaz contenu dans les bulles. Deux réactifs nécessitant la présence de dioxygène pour dissoudre le cuivre ont été étudiés : l'acide chlorhydrique et l'hydroxylamine. Comparé à une solution, nous montrons que les mousses accélèrent la cinétique des réactions de dissolution du cuivre impliquant une phase gazeuse. Cet effet provient d'un transport plus rapide du dioxygène vers le métal. Afin d'étudier plus précisément ces phénomènes de transport, nous avons conçu un montage de drainage forcé. Celui-ci consiste à injecter à débit constant la solution moussante au sommet d'une colonne de mousse. Il permet ainsi d'uniformiser la vitesse du front de drainage dans la mousse. Nous observons alors deux régimes. Dans le premier régime, la quantité de cuivre dissout est limitée par le flux de protons atteignant la surface métallique. Elle augmente ainsi avec le débit imposé. Dans le second régime, cette quantité est limitée par le flux de dioxygène et elle diminue alors avec le débit. La structure de la mousse a donc une influence directe sur la quantité de cuivre dissout.

This work proposes a method for the non-destructive testing of concrete for civil engineering structures.This method is based on the emission and reception - when the surface wave has passed through the material - ofacoustic sonic and ultrasonic waves. The waves used in this thesis are surface waves, as they have the property ofpenetrating the material to a depth equal to their wavelength. The auscultation of concrete is done using twoscanners: a first scanner applying this method with high frequency waves was used to characterize the concreteskin, while a second scanner using low frequency waves, developed within the framework of this work, made itpossible to characterize a concrete over the thickness of an entire wall. In order to determine the capabilities andlimitations of this method for the non-destructive testing of concrete, several pathologies or environmentalconditions of concrete were simulated in the laboratory on test specimens. These specimens were then examinednon-destructively with acoustic scanners and destructively with material tests. The pathologies or conditions inquestion were leaching, delamination, micro/macrocracking of the concrete, and its state of saturation. Comparisonof the results allowed us to conclude that this method and these scanners are able to detect and determine the depthof a leaching of concrete, as well as for a delamination within concrete, to follow the evolution of a saturation frontwithin a limestone but not yet within a concrete, and to detect and follow the stress and micro-cracking as well asthe evolution of macro-cracks, in particular thanks to automated measurements carried out in situ on the VeRCoRsstructure.; Ce travail propose une méthode acoustique de contrôle non destructif du béton pour les structures du génie civil. Les ondes utilisées dans cette thèse sont des ondes de surface, car elles ont la propriété de pénétrerle matériau sur une profondeur égale à leur longueur d’onde. L’auscultation du béton est faite à l’aide de deuxscanners : un premier scanner appliquant cette méthode avec des ondes hautes fréquences a été utilisé pourcaractériser la peau d’un béton, tandis qu’un second scanner utilisant des ondes basses fréquences, développé dansle cadre de ce travail, a permis de caractériser un béton sur l’épaisseur d’un mur entier. Afin de déterminer lescapacités et les limites de cette méthode pour le contrôle non destructif du béton, plusieurs pathologies ouconditions environnementales du béton ont été simulées en laboratoire sur des éprouvettes. Ces éprouvettes ontensuite été auscultées de manière non destructive avec les scanners acoustiques, puis de manière destructive avecdes tests matériau. Les pathologies ou conditions en question sont la lixiviation, la délamination, lamicro/macrofissuration du béton, et son état de saturation. La comparaison des résultats nous a permis de conclureque cette méthode et ces scanners sont capables de détecter et déterminer la profondeur d’une lixiviation du béton,de même que pour une délamination au sein de béton, de suivre l’évolution d’un front de saturation au sein d’uncalcaire mais pas encore au sein d’un béton, et de détecter et suivre la contrainte et la microfissuration ainsi quel’évolution de macro fissures, notamment grâce à des mesures automatisées effectuées in situ sur la structure deVeRCoRs.

This work proposes a method for the non-destructive testing of concrete for civil engineering structures.This method is based on the emission and reception - when the surface wave has passed through the material - ofacoustic sonic and ultrasonic waves. The waves used in this thesis are surface waves, as they have the property ofpenetrating the material to a depth equal to their wavelength. The auscultation of concrete is done using twoscanners: a first scanner applying this method with high frequency waves was used to characterize the concreteskin, while a second scanner using low frequency waves, developed within the framework of this work, made itpossible to characterize a concrete over the thickness of an entire wall. In order to determine the capabilities andlimitations of this method for the non-destructive testing of concrete, several pathologies or environmentalconditions of concrete were simulated in the laboratory on test specimens. These specimens were then examinednon-destructively with acoustic scanners and destructively with material tests. The pathologies or conditions inquestion were leaching, delamination, micro/macrocracking of the concrete, and its state of saturation. Comparisonof the results allowed us to conclude that this method and these scanners are able to detect and determine the depthof a leaching of concrete, as well as for a delamination within concrete, to follow the evolution of a saturation frontwithin a limestone but not yet within a concrete, and to detect and follow the stress and micro-cracking as well asthe evolution of macro-cracks, in particular thanks to automated measurements carried out in situ on the VeRCoRsstructure.; Ce travail propose une méthode acoustique de contrôle non destructif du béton pour les structures du génie civil. Les ondes utilisées dans cette thèse sont des ondes de surface, car elles ont la propriété de pénétrerle matériau sur une profondeur égale à leur longueur d’onde. L’auscultation du béton est faite à l’aide de deuxscanners : un premier scanner appliquant cette méthode avec des ondes hautes fréquences a été utilisé pourcaractériser la peau d’un béton, tandis qu’un second scanner utilisant des ondes basses fréquences, développé dansle cadre de ce travail, a permis de caractériser un béton sur l’épaisseur d’un mur entier. Afin de déterminer lescapacités et les limites de cette méthode pour le contrôle non destructif du béton, plusieurs pathologies ouconditions environnementales du béton ont été simulées en laboratoire sur des éprouvettes. Ces éprouvettes ontensuite été auscultées de manière non destructive avec les scanners acoustiques, puis de manière destructive avecdes tests matériau. Les pathologies ou conditions en question sont la lixiviation, la délamination, lamicro/macrofissuration du béton, et son état de saturation. La comparaison des résultats nous a permis de conclureque cette méthode et ces scanners sont capables de détecter et déterminer la profondeur d’une lixiviation du béton,de même que pour une délamination au sein de béton, de suivre l’évolution d’un front de saturation au sein d’uncalcaire mais pas encore au sein d’un béton, et de détecter et suivre la contrainte et la microfissuration ainsi quel’évolution de macro fissures, notamment grâce à des mesures automatisées effectuées in situ sur la structure deVeRCoRs.

La présente invention concerne un procédé de purification et de concentration des terres rares contenues dans du phosphogypse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : à partir d'un phosphogypse, a) Lixiviation du phosphogypse par une solution d'un ou plusieurs acides forts choisis parmi : l'acide sulfurique, l'acide nitrique, et l'acide chlorhydrique, pour obtenir un mélange de lixiviation comprenant une phase liquide formée d'une solution de lixiviation contenant des terres rares issus du phosphogypse et l'acide de lixiviation, et d'une phase solide comprenant le phosphogypse, b) Ajout au phosphogypse d'un agent oxydant pour favoriser le passage des terres rares du phosphogypse dans la solution de lixiviation, et/ou d'un agent réducteur pour réduire la solubilité des impuretés minérales contenues dans la solution de lixiviation afin de permettre leur passage de la solution de lixiviation dans la phase solide, c) Séparation de la phase liquide enrichie en terres rares et appauvrie en impuretés minérales, et de la phase solide enrichie en impuretés minérales.

Understanding the conditions of dissolved organic matter (DOM) release from thawing peat in the Arctic regions and identifying the pathways of processing DOM by soil and aquatic heterotrophic bacteria are critical in the context of rapid climate change. Until now, experimental approaches did not allow quantitative predictions of temperature and biota effects on carbon release from peat in permafrost-affected aquatic environments. In this study, we incubated frozen peat and its aqueous leachate at various temperatures (4, 25 or 45 degrees C), with and without culturable heterotrophic bacteria Iodobacter sp., extracted from thermokarst lakes, to quantify the release and the removal rate of organic carbon (OC) with time. The metabolic diversity of the native microbial community associated with the substrates involved in OC processing was also characterized. Transmission electron microscopy revealed that, after degradation, the associated bacteria are mostly located in the inner parts of plant cells, and that the degradation of organic matter around bacteria is more pronounced at 4 and 25 degrees C compared to 45 degrees C. The metabolic diversity of heterotrophic bacteria was equally high at 4 and 25 degrees C, but lower at 45 degrees C. Regardless of the microbial consortium (native community alone or with added culturable heterotrophs), both the OC release from peat and the OC removal from peat leachate by bacteria were similar at 4 and 25 degrees C. Very low apparent activation energies of DOM biodegradation between 4 and 25 degrees C (- 4.23 +/- 12.3 kJ mol(-1)) suggest that the short-period of surface water warming in summer would have an insignificant effect on DOM microbial processing. Such duration (1-3 weeks) is comparable with the water residence time in peat depressions and permafrost subsidences, where peat degradation and DOM microbial processing occur. This questions the current paradigm of a drastic effect of temperature rise on organic carbon release from frozen peatlands, and should be considered for modelling short-term climate impacts in these regions.

In a context of budgetary restrictions associated with changes in the regulation of river sediment storage, attention should be paid to the leaching behavior of sediment-trapped contaminants during the storage process and the preparation of sediments for valorization. In order to determine the mechanisms responsible for contaminant mobility and the impact of storage conditions, the study focused on three sediment treatment scenarios and geochemical modeling: (i) Determine the impact of aeration and treatments such as lagooning and mechanical reversal on the mobility of the trace elements in fluvial sediment by the application of humidification / drying cycles in a laboratory lysimeter. This has made it possible to distinguish the quality of the drainage water and the interstitial waters with a greater contamination, to conclude on the estimation of natural treatment duration over several decades which can be improved via a removal of interstitial waters. (ii) Assess the short-term evolution of sediments using compliance testing (batch leaching, pH leaching, and ascending percolation column leaching) highlighting changes in mobility and speciation trace elements. (iii) In the context of a direct valorization, sediments enriched with organic matter seem to have a greater mobility in trace elements than that observed in fluvial sediments and therefore require a strong environmental monitoring, more particularly for Zn strongly represented in the studies sediments. (iv) Modelling environmental conditions that are difficult to reproduce in laboratories. Thus, this has highlighted an important role of iron oxides and organic matter in the mobility of trace elements as well as illumination of the solid phases in the presence and which can be form depending on the environmental conditions.; Dans un contexte de restrictions budgétaires associées à des modifications de la réglementation concernant le stockage des sédiments fluviaux, il convient de prêter attention au comportement à la lixiviation des contaminants piégés dans les sédiments pendant le processus de stockage et la préparation des sédiments à la valorisation mise en place dans les installations de stockage. Afin de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité des éléments contaminants et l’impact des conditions de stockage, l’étude a été axée sur trois scénarios de traitement des sédiments ainsi qu’une modélisation géochimique : Le premier scénario consiste à établir l’impact de l’aération et des traitements tels que le lagunage et le retournement mécanique sur la mobilité des éléments dans les sédiments fluviaux de curage via l’application de cycles d’humidification/séchage en lysimètre de laboratoire . Ce dispositif a permis de distinguer l'estimation d'une durée de traitement soit naturel sur plusieurs décennies soit améliorée via le retrait des eaux interstitielles. Le deuxième scénario a pour but d'évaluer l’évolution à court terme des sédiments à l’aide d’essais de conformité (lixiviation en batch, lixiviation de fonction du pH et lixiviation en colonne à percolation ascendante) mettant en évidence les modifications dans la mobilité et la spéciation des éléments traces. Le troisième scénario se place dans l’optique d’une voie de valorisation directe, les sédiments enrichis en matière organique semblent présenter une mobilité en éléments traces plus importante que celle observée dans les sédiments fluviaux et nécessitent donc un suivi environnemental poussé, plus particulièrement pour le Zn fortement représenté dans les sédiments étudiés. Enfin,la modélisation. Ceci a mis en évidence un rôle importante des oxydes de fer et de la matière organique dans la mobilité des éléments traces de même qu'un éclairage sur les phases solides en présence et pouvant se former en fonction des conditions du milieu.

In a context of budgetary restrictions associated with changes in the regulation of river sediment storage, attention should be paid to the leaching behavior of sediment-trapped contaminants during the storage process and the preparation of sediments for valorization. In order to determine the mechanisms responsible for contaminant mobility and the impact of storage conditions, the study focused on three sediment treatment scenarios and geochemical modeling: (i) Determine the impact of aeration and treatments such as lagooning and mechanical reversal on the mobility of the trace elements in fluvial sediment by the application of humidification / drying cycles in a laboratory lysimeter. This has made it possible to distinguish the quality of the drainage water and the interstitial waters with a greater contamination, to conclude on the estimation of natural treatment duration over several decades which can be improved via a removal of interstitial waters. (ii) Assess the short-term evolution of sediments using compliance testing (batch leaching, pH leaching, and ascending percolation column leaching) highlighting changes in mobility and speciation trace elements. (iii) In the context of a direct valorization, sediments enriched with organic matter seem to have a greater mobility in trace elements than that observed in fluvial sediments and therefore require a strong environmental monitoring, more particularly for Zn strongly represented in the studies sediments. (iv) Modelling environmental conditions that are difficult to reproduce in laboratories. Thus, this has highlighted an important role of iron oxides and organic matter in the mobility of trace elements as well as illumination of the solid phases in the presence and which can be form depending on the environmental conditions., Dans un contexte de restrictions budgétaires associées à des modifications de la réglementation concernant le stockage des sédiments fluviaux, il convient de prêter attention au comportement à la lixiviation des contaminants piégés dans les sédiments pendant le processus de stockage et la préparation des sédiments à la valorisation mise en place dans les installations de stockage. Afin de déterminer les mécanismes responsables de la mobilité des éléments contaminants et l’impact des conditions de stockage, l’étude a été axée sur trois scénarios de traitement des sédiments ainsi qu’une modélisation géochimique : Le premier scénario consiste à établir l’impact de l’aération et des traitements tels que le lagunage et le retournement mécanique sur la mobilité des éléments dans les sédiments fluviaux de curage via l’application de cycles d’humidification/séchage en lysimètre de laboratoire . Ce dispositif a permis de distinguer l'estimation d'une durée de traitement soit naturel sur plusieurs décennies soit améliorée via le retrait des eaux interstitielles. Le deuxième scénario a pour but d'évaluer l’évolution à court terme des sédiments à l’aide d’essais de conformité (lixiviation en batch, lixiviation de fonction du pH et lixiviation en colonne à percolation ascendante) mettant en évidence les modifications dans la mobilité et la spéciation des éléments traces. Le troisième scénario se place dans l’optique d’une voie de valorisation directe, les sédiments enrichis en matière organique semblent présenter une mobilité en éléments traces plus importante que celle observée dans les sédiments fluviaux et nécessitent donc un suivi environnemental poussé, plus particulièrement pour le Zn fortement représenté dans les sédiments étudiés. Enfin,la modélisation. Ceci a mis en évidence un rôle importante des oxydes de fer et de la matière organique dans la mobilité des éléments traces de même qu'un éclairage sur les phases solides en présence et pouvant se former en fonction des conditions du milieu.

The management and disposal of HLW radwaste is one of the main challenges for the nuclear industry. In this field, the specific conditioning of actinides appears of strong interest, as they act as the main contributors to the long-term radiotoxicity during the storage in an underground geological repository. Monazite-type ceramics have been often considered as promising ceramic wasteform due to their ability to incorporate large amounts of tri- and tetravalent actinides, their excellent chemical durability and their exceptional high resistance to self-irradiation. Nevertheless, the incorporation of tetravalent actinides in the monazite structure via wet chemistry routes has been rarely reported. Consequently, this study was firstly aimed to synthesize single-phase thorium-bearing rhabdophane type precursors by multiparametric hydrothermal process. Their thermal conversion into monazite-cheralite ceramics was investigated and followed by a complete sintering study. As instance, sintering maps were further established in order to obtain highly densified and single phase ceramics showing controlled microstructure. Later, multiparametric dissolution tests were performed on Nd0.8Ca0.1Th0.1PO4 monazite-cheralite in acid media. They confirmed the very high chemical durability of the prepared materials as well as the very low solubility of the neoformed phases. Finally, uranium-bearing rhabdophanes were also prepared via the same wet chemistry route and then converted to single-phase monazite-cheralite solid solutions by heating. This study then provided new insights in the preparation of monazite-cheralite type wasteforms by wet chemistry route and contributed to the better understanding of the long-term behavior of such kind of ceramics in the field of the storage of radioactive waste in an underground repository site., L’un des défis majeurs de l’industrie électronucléaire réside dans la gestion et le stockage des déchets radioactifs. Le stockage spécifique des actinides présente un intérêt particulier, ces derniers étant les principaux contributeurs à la radiotoxicité à long terme des colis de déchets de haute activité et de longue période. Dans ce cadre, les céramiques de type monazite sont souvent considérées comme des matrices prometteuses pour un stockage à long terme de tels déchets en raison de leur capacité à incorporer des quantités importantes d’actinides tri- et tétravalents, de leur excellente durabilité chimique et de leur exceptionnelle résistance à l'auto-irradiation. Néanmoins, l'incorporation, par voie humide, d'actinides tétravalents au sein de la structure monazitique n’a été que très rarement reportée. En conséquence, cette étude a d'abord été consacrée à l’incorporation de thorium, par synthèse hydrothermale, au sein de composés de structure rhabdophane dans le but de préparer des précurseurs monophasés. Par la suite, leur conversion thermique en céramiques de type monazite-chéralite monophasées a été examinée puis des études de frittage de ces matériaux ont été conduites. Ainsi, les cartes de frittage de plusieurs monazite-chéralites ont été établies afin d’optimiser les conditions de préparation de céramiques denses et de microstructure contrôlée. Des tests multiparamétriques de dissolution, menés sur Nd0,8Ca0,1Th0,1PO4 en milieu acide, ont démontré sa très bonne résistance à l’altération ainsi que la très faible solubilité des phases néoformées. Enfin, des échantillons de rhabdophanes dopés avec de l’uranium ont également été synthétisées avec succès par voie humide, puis ont été convertis en solutions solides de monazite-chéralites par calcination. Cette étude a donc permis la mise au point d’une nouvelle méthode de préparation de monazite-chéralites dopées avec des actinides et l’amélioration des connaissances relatives à leur comportement à long terme.

The French national radioactive waste management agency is studying a deep underground repository as a solution for high and intermediate level long lived radioactive waste. The sealing system of the disposal is composed of a high-expansion bentonite confined between two massive concrete blocks. But, high pH solution, in contact with bentonite, is going to provoke a loss of its confinement properties. So, the use of low-pH cement is needed. At long term these low-pH concrete structures will be expose to leaching induced by a calcium poor water that can jeopardize the storage stability. The purpose of this work concerns the characterization of chemical behavior under chemical degradation and its influence on the physical and mechanical behavior of low-pH cement. From the chemical aspect, leaching leads to a progressive decalcification of C-S-H with degradation profiles, characterizable by the C/S ratio, which are linear in the degradation area. Kinetics degradation of low-pH paste are slower than kinetic degradation of ordinary binders (CEM I, CEM III, CEM V). Also, mineralogical structure of degraded area from an accelerated leaching test with ammonium nitrate solution are similar to those from a pure water leaching. This phenomenon allows to validate the use of this acceleration technique for physical and mechanical characterization of low-pH binders. Mechanical characterization of materials under chemical degradation are always complicated due to degradation fronts which do not allow homogeneous characterization of a degradation state at a macroscopic scale. Our study, with reverse analysis of physical and mechanical experiments at a macroscopic scale, propose evolution law of properties at a local scale according to the chemical state of the area investigated. Low pH binders show, for a same state of degradation, a smaller loss of mechanical properties than the one found on ordinary binders (for paste and concrete).; L'agence nationale de gestion des déchets radioactifs (Andra) développe un centre de stockage souterrain comme solution pour les déchets à haute et moyenne activité à vie longue. Le système de scellement des ouvrages de stockage sera composé par un bouchon d'argile gonflante confiné par deux massifs de bétons. Cependant, comme un fort pH de la solution interstitielle des bétons peut conduire à une perte des propriétés de confinement de l'argile, l'utilisation de liant bas-pH est requise. A long terme, ces bétons bas-pH peuvent être exposés à une dégradation chimique induite par l'eau souterraine pauvre en calcium, dégradation qui peut perturber la stabilité du stockage. L'objectif de cette étude a donc été de caractériser l'évolution chimique des liants bas-pH (dont la minéralogie est très différente des liants ordinaires) due à la dégradation chimique ainsi que son impact sur le comportement physique et mécanique. D'un point de vue chimique, il a été montré que la dégradation du matériau conduit à une dégradation progressive des C-S-H de la pâte de ciment hydratée avec des profils de dégradation, caractérisables par le rapport C/S de la zone, qui s'avèrent linéaire dans la zone en cours de dégradation. On constate aussi une dégradation moins rapide des pâtes de liants bas-pH par rapport aux autres liants classiquement utilisés (CEM I, CEM III, CEM V). Il a aussi été montré que la structure minéralogique de zones dégradées par un processus accéléré au nitrate d'ammonium était similaire à celui d'une dégradation à l'eau pure (à un temps équivalent) ce qui permet de valider l'utilisation de cette technique d'accélération pour la caractérisation physique et mécanique de liants bas-pH. La caractérisation mécanique de matériaux en cours de dégradation est toujours complexe du fait de la présence de fronts de dégradation qui ne permettent pas une caractérisation homogène d'un état de dégradation à l'échelle macroscopique. Cette étude a permis, par analyse inverse d'essais physiques et mécaniques réalisés à une échelle macroscopique, de proposer des lois d'évolution des propriétés à l'échelle locale en fonction de l'état chimique du matériau sur la zone concernée. On constate que les liants bas-pH, à l'avancement de dégradation équivalent, présentent une moindre perte de propriétés mécaniques que les liants ordinaires, et ce sur pâte et béton.

High concentration of aluminum in drinking water could be hazardous for human health. This element is limited at 200 μg/L in tap water by an European directive and by the World Health Organization. Some pipes used for the drinking water distribution consist of ductile cast iron tube coated with cementitious lining made of CEM III cement mortar. The flow of water in the pipe causes leaching that can lead to the release into the drinking water of cementitious elements, including aluminum. The incorporation of blast furnace slag in this cement promotes the durability of the material with for the leaching but it also increases the aluminum content of the cement paste. The aim of this thesis is to study the leaching of aluminum from CEM III matrices and their evolution, in order to predict, using modeling, the long-term leaching of this element. Thus, numerous leaching tests were carried out on CEM III matrices and permitted to have data for the modeling carried out.; Une consommation importante d’aluminium peut être dangereuse pour l’Homme. L’Union Européenne et l’Organisation Mondiale de la Santé recommandent une concentration inférieure à 200 µg/L dans l’eau potable pour cet élément. Certaines canalisations utilisées pour le transport de l’eau potable sont composées de fonte revêtue intérieurement de mortier cimentaire CEM III. Le flux d’eau dans le tuyau entraîne une lixiviation pouvant conduire au relargage dans l’eau potable d’éléments cimentaires, dont l’aluminium. L’incorporation de laitier dans le ciment du revêtement favorise sa durabilité mais augmente la teneur en aluminium de la pâte. L’objectif de cette thèse est d’étudier la lixiviation de l’aluminium provenant des matrices cimentaires CEM III et leurs évolutions, afin de prévoir, à l’aide de la modélisation, la lixiviation à long terme de cet élément. Ainsi, de nombreux tests de lixiviation ont été réalisés sur des matrices de CEM III qui ont permis d’alimenter la modélisation réalisée.

High concentration of aluminum in drinking water could be hazardous for human health. This element is limited at 200 μg/L in tap water by an European directive and by the World Health Organization. Some pipes used for the drinking water distribution consist of ductile cast iron tube coated with cementitious lining made of CEM III cement mortar. The flow of water in the pipe causes leaching that can lead to the release into the drinking water of cementitious elements, including aluminum. The incorporation of blast furnace slag in this cement promotes the durability of the material with for the leaching but it also increases the aluminum content of the cement paste. The aim of this thesis is to study the leaching of aluminum from CEM III matrices and their evolution, in order to predict, using modeling, the long-term leaching of this element. Thus, numerous leaching tests were carried out on CEM III matrices and permitted to have data for the modeling carried out.; Une consommation importante d’aluminium peut être dangereuse pour l’Homme. L’Union Européenne et l’Organisation Mondiale de la Santé recommandent une concentration inférieure à 200 µg/L dans l’eau potable pour cet élément. Certaines canalisations utilisées pour le transport de l’eau potable sont composées de fonte revêtue intérieurement de mortier cimentaire CEM III. Le flux d’eau dans le tuyau entraîne une lixiviation pouvant conduire au relargage dans l’eau potable d’éléments cimentaires, dont l’aluminium. L’incorporation de laitier dans le ciment du revêtement favorise sa durabilité mais augmente la teneur en aluminium de la pâte. L’objectif de cette thèse est d’étudier la lixiviation de l’aluminium provenant des matrices cimentaires CEM III et leurs évolutions, afin de prévoir, à l’aide de la modélisation, la lixiviation à long terme de cet élément. Ainsi, de nombreux tests de lixiviation ont été réalisés sur des matrices de CEM III qui ont permis d’alimenter la modélisation réalisée.

In the context of agroecological transition, the reintroduction of legume crops should play a key role in cropping system sustainability by allowing a reduction of nitrogen (N) inputs. But few references are available concerning the agronomical and ecological services provided by a wide range of legume crops, particularly within crops succession scale. Thus, the main objective of our study is to quantify the N fluxes during and after the legume crops taking into account 10 legume crops (peas, lupin, faba bean, soybean...). Our experiment consists in i) quantifying symbiotic N fixation depending on the amount of soil inorganic N, the mineralisation of N present in legume crop residues after soil incorporation and N losses outside of the soil-plant system (leaching, emission of nitrous oxide), ii) identifying plant biological traits associated to N fluxes. Thus, different N fluxes were quantified during a two-year field experiment, i.e. the first year (2014) legume crops were implanted and followed by wheat the second year (14-15) after incorportation of legume residues. This experiment was repeated in 2016-2017.In parallel, plant root traits were characterised during greenhouse hydroponic experiments; Dans le contexte de la transition agroécologique en faveur de systèmes de culture plus économes en intrants azotés, la réintroduction des légumineuses a un rôle majeur à jouer pour atteindre la durabilité de ces systèmes. Peu de références sont actuellement disponibles sur les intérêts agronomiques et écologiques des différentes espèces, notamment à l’échelle de la rotation. Dans ce cadre, notre objectif principal consiste à mieux quantifier les flux d’azote impliqués au cours et après culture de légumineuses, et ce pour une gamme élargie d’espèces. Notre travail expérimental porte donc sur la caractérisation des flux d’azote induits dans le sol et dans les cultures de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastées en parallèle de la mesure des déterminants de ces flux. Les objectifs spécifiques consistent à : i) quantifier la fixation symbiotique en fonction du niveau du stock d’azote minéral du sol, la minéralisation de l’azote des résidus de légumineuses après enfouissement et les pertes d’azote en dehors du système sol-plante (lixiviation, émission de protoxyde d’azote), ii) identifier les « traits de plantes » explicatifs des fonctions liées à ces flux d’azote. Pour atteindre ces objectifs, les différents flux d’azote ont été quantifiés au cours d’une expérimentation au champ avec implantation d’une culture de légumineuses en première année suivie par une culture de blé en année 2 qui a été menée en 2014-2015 et reconduite sur la campagne 2016-2017. En parallèle, les traits des plantes, notamment racinaires, ont été caractérisés plus finement au cours d’expérimentations conduites en conditions contrôlées

Dans un contexte de transition agroécologique, la réintroduction des légumineuses dans les systèmes de culture représente un levier particulièrement intéressant. En effet, les légumineuses permettent notamment de réduire le recours aux intrants azotés pendant leur culture grâce à leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, ainsi qu’après leur récolte en fournissant de l’azote à la culture suivante par minéralisation de leurs résidus riches en azote. Il existe cependant un manque de références sur une diversité de légumineuses à graines afin de valoriser au mieux les services écosystémiques fournis par ces espèces.Cette thèse a visé une analyse comparative de dix espèces de légumineuses à graines à partir de la i) quantification des flux d’azotés induits par les légumineuses au cours d’une succession culturale au champ de deux ans (légumineuse – blé) et ii) l’identification de traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Des expérimentations complémentaires ont été menées en rhizotrons afin de caractériser plus finement certains traits racinaires, et des incubations de sol en conditions contrôlées ont permis de suivre la dynamique de minéralisation des résidus de culture.Une première partie a consisté à mieux caractériser la réponse de la croissance et de la fixation symbiotique à la disponibilité en azote minéral du sol. Nos résultats ont mis en avant la capacité de la fixation symbiotique à répondre aux besoins azotés de la grande majorité des légumineuses étudiées par rapport aux modalités avec une grande disponibilité en azote minéral. Un impact négatif de l’azote minéral sur la fixation symbiotique a également été mis en évidence pour toutes les espèces, avec une grande variabilité d’intensité de réponse entre les espèces selon leurs besoins azotés et leur capacité de prélèvement de l’azote minéral du sol. La vitesse d’expansion latérale du système racinaire a par ailleurs été positivement associée à l’efficience de prélèvements de l’azote minéral des différentes espèces.Une deuxième partie de la thèse s’est focalisée sur la minéralisation des résidus aériens et racinaires en conditions contrôlées afin de comprendre les différences de minéralisation de l’azote selon les caractéristiques biochimiques des résidus des dix espèces de légumineuses étudiées. Le rapport carbone /azote est ressorti comme particulièrement explicatifs des différences de minéralisation de l’azote avec une distinction entre les résidus aériens et racinaires selon l’importance de la fraction de lignine.Dans une troisième partie l’effet précédent des dix légumineuses sur les performances du blé suivant a été étudié en comparaison à deux précédents céréales. Nos résultats montrent une augmentation de rendements du blé précédé par des légumineuses de 0,8 t ha-1 par rapport à un précédent orge et de 1,6 t ha-1 par rapport à un précédent sorgho. La variabilité de quantité d’azote prélevée par le blé selon le précédent cultural a été expliquée à 40 % par la disponibilité en azote minéral du sol variant avec le reliquat à la récolte des précédents culturaux et la minéralisation de l’azote des résidus. Une part non négligeable de l’azote minéral du sol est néanmoins perdue par lixiviation après la récolte des légumineuses et augmente notamment avec la durée de l’interculture et la fréquence des précipitations pendant l’été et la période automne-hiver.Enfin, une dernière partie a porté sur l’étude simultanée des différents flux azotés quantifiés au cours de la succession de deux ans légumineuse – blé, et sur les traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Les espèces de légumineuses ont ainsi pu être différenciées selon leur profil fonctionnel et donc leur aptitude à fournir des services écosystémiques relatifs à l’azote.; Dans un contexte de transition agroécologique, la réintroduction des légumineuses dans les systèmes de culture représente un levier particulièrement intéressant. En effet, les légumineuses permettent notamment de réduire le recours aux intrants azotés pendant leur culture grâce à leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, ainsi qu’après leur récolte en fournissant de l’azote à la culture suivante par minéralisation de leurs résidus riches en azote. Il existe cependant un manque de références sur une diversité de légumineuses à graines afin de valoriser au mieux les services écosystémiques fournis par ces espèces.Cette thèse a visé une analyse comparative de dix espèces de légumineuses à graines à partir de la i) quantification des flux d’azotés induits par les légumineuses au cours d’une succession culturale au champ de deux ans (légumineuse – blé) et ii) l’identification de traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Des expérimentations complémentaires ont été menées en rhizotrons afin de caractériser plus finement certains traits racinaires, et des incubations de sol en conditions contrôlées ont permis de suivre la dynamique de minéralisation des résidus de culture.Une première partie a consisté à mieux caractériser la réponse de la croissance et de la fixation symbiotique à la disponibilité en azote minéral du sol. Nos résultats ont mis en avant la capacité de la fixation symbiotique à répondre aux besoins azotés de la grande majorité des légumineuses étudiées par rapport aux modalités avec une grande disponibilité en azote minéral. Un impact négatif de l’azote minéral sur la fixation symbiotique a également été mis en évidence pour toutes les espèces, avec une grande variabilité d’intensité de réponse entre les espèces selon leurs besoins azotés et leur capacité de prélèvement de l’azote minéral du sol. La vitesse d’expansion latérale du système racinaire a par ailleurs été positivement associée à l’efficience de prélèvements de l’azote minéral des différentes espèces.Une deuxième partie de la thèse s’est focalisée sur la minéralisation des résidus aériens et racinaires en conditions contrôlées afin de comprendre les différences de minéralisation de l’azote selon les caractéristiques biochimiques des résidus des dix espèces de légumineuses étudiées. Le rapport carbone /azote est ressorti comme particulièrement explicatifs des différences de minéralisation de l’azote avec une distinction entre les résidus aériens et racinaires selon l’importance de la fraction de lignine.Dans une troisième partie l’effet précédent des dix légumineuses sur les performances du blé suivant a été étudié en comparaison à deux précédents céréales. Nos résultats montrent une augmentation de rendements du blé précédé par des légumineuses de 0,8 t ha-1 par rapport à un précédent orge et de 1,6 t ha-1 par rapport à un précédent sorgho. La variabilité de quantité d’azote prélevée par le blé selon le précédent cultural a été expliquée à 40 % par la disponibilité en azote minéral du sol variant avec le reliquat à la récolte des précédents culturaux et la minéralisation de l’azote des résidus. Une part non négligeable de l’azote minéral du sol est néanmoins perdue par lixiviation après la récolte des légumineuses et augmente notamment avec la durée de l’interculture et la fréquence des précipitations pendant l’été et la période automne-hiver.Enfin, une dernière partie a porté sur l’étude simultanée des différents flux azotés quantifiés au cours de la succession de deux ans légumineuse – blé, et sur les traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Les espèces de légumineuses ont ainsi pu être différenciées selon leur profil fonctionnel et donc leur aptitude à fournir des services écosystémiques relatifs à l’azote.

In the context of agroecological transition, the reintroduction of legumes in cropping systems represents a major lever. Indeed, legumes allow the reduction of nitrogen inputs during their growth cycle thanks to their ability to symbiotically fix atmospheric nitrogen. In addition after their harvest they provide nitrogen to the following crop through the mineralisation of high nitrogen content crop residues. However, there is a lack of references on a wide range of grain legumes to maximise the ecosystem services provided by these species.This work aimed at comparing ten grain legumes based on i) the quantification of nitrogen fluxes induced by legumes during a two-year crop succession (legume – wheat) and ii) the identification of determining plant traits for the provision of these nitrogen fluxes. Additional experiments were carried out in rhizotrons to better characterise root traits, as well as in incubators in controlled conditions to monitor crop residue mineralisation dynamics.A first chapter aimed at better characterising plant growth and symbiotic nitrogen fixation responses to soil inorganic nitrogen availability. Our results highlighted the ability of symbiotic nitrogen fixation to meet the nitrogen requirements for the majority of legume species compared to treatments with high inorganic nitrogen availability. A negative impact of inorganic nitrogen availability on symbiotic nitrogen fixation was also highlighted for all legumes, with large variation in the response intensity among species, according to their nitrogen requirements and to their ability to retrieve soil inorganic nitrogen. Root lateral expansion rate was positively related to nitrogen uptake efficiency differences among legume species.A second chapter focused on shoot and root residue mineralisation in controlled conditions to better understand nitrogen mineralisation differences among legumes species according to their residues biochemical characteristics. Nitrogen mineralisation differences were well explained by crop residue carbone : nitrogen ratio ; shoot and root residues were distinguished according to their lignin content.In a third chapter, legume pre-crop effect on wheat performances was studied in comparison to two cereal pre-crops. Our results showed a 0.8 t ha-1 increase of wheat yields when cultivated after legumes compared to barley pre-crop, and a 1.6 t ha-1 increase when compared to sorghum pre-crop. Forty percent of wheat shoot-nitrogen variability according to pre-crop treatments was explained by the inorganic soil nitrogen availability, depending on soil inorganic nitrogen availability at pre-crop harvest and on crop residue nitrogen mineralisation. However, a significant part of soil inorganic nitrogen was lost by leaching after legume harvest and leaching increased with the duration of the fallow period and with rainfall frequency in summer and during the autumn-winter period.A last chapter focused on the simultaneous assessment of the different nitrogen fluxes that were quantified during the two-year legume - wheat succession, and on plant traits considered as determinants for the provision of nitrogen fluxes. Hence, legume species were distinguished according to their functional profile and thus to their ability to deliver ecosystem services relative to nitrogen.; Dans un contexte de transition agroécologique, la réintroduction des légumineuses dans les systèmes de culture représente un levier particulièrement intéressant. En effet, les légumineuses permettent notamment de réduire le recours aux intrants azotés pendant leur culture grâce à leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, ainsi qu’après leur récolte en fournissant de l’azote à la culture suivante par minéralisation de leurs résidus riches en azote. Il existe cependant un manque de références sur une diversité de légumineuses à graines afin de valoriser au mieux les services écosystémiques fournis par ces espèces.Cette thèse a visé une analyse comparative de dix espèces de légumineuses à graines à partir de la i) quantification des flux d’azotés induits par les légumineuses au cours d’une succession culturale au champ de deux ans (légumineuse – blé) et ii) l’identification de traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Des expérimentations complémentaires ont été menées en rhizotrons afin de caractériser plus finement certains traits racinaires, et des incubations de sol en conditions contrôlées ont permis de suivre la dynamique de minéralisation des résidus de culture.Une première partie a consisté à mieux caractériser la réponse de la croissance et de la fixation symbiotique à la disponibilité en azote minéral du sol. Nos résultats ont mis en avant la capacité de la fixation symbiotique à répondre aux besoins azotés de la grande majorité des légumineuses étudiées par rapport aux modalités avec une grande disponibilité en azote minéral. Un impact négatif de l’azote minéral sur la fixation symbiotique a également été mis en évidence pour toutes les espèces, avec une grande variabilité d’intensité de réponse entre les espèces selon leurs besoins azotés et leur capacité de prélèvement de l’azote minéral du sol. La vitesse d’expansion latérale du système racinaire a par ailleurs été positivement associée à l’efficience de prélèvements de l’azote minéral des différentes espèces.Une deuxième partie de la thèse s’est focalisée sur la minéralisation des résidus aériens et racinaires en conditions contrôlées afin de comprendre les différences de minéralisation de l’azote selon les caractéristiques biochimiques des résidus des dix espèces de légumineuses étudiées. Le rapport carbone /azote est ressorti comme particulièrement explicatifs des différences de minéralisation de l’azote avec une distinction entre les résidus aériens et racinaires selon l’importance de la fraction de lignine.Dans une troisième partie l’effet précédent des dix légumineuses sur les performances du blé suivant a été étudié en comparaison à deux précédents céréales. Nos résultats montrent une augmentation de rendements du blé précédé par des légumineuses de 0,8 t ha-1 par rapport à un précédent orge et de 1,6 t ha-1 par rapport à un précédent sorgho. La variabilité de quantité d’azote prélevée par le blé selon le précédent cultural a été expliquée à 40 % par la disponibilité en azote minéral du sol variant avec le reliquat à la récolte des précédents culturaux et la minéralisation de l’azote des résidus. Une part non négligeable de l’azote minéral du sol est néanmoins perdue par lixiviation après la récolte des légumineuses et augmente notamment avec la durée de l’interculture et la fréquence des précipitations pendant l’été et la période automne-hiver.Enfin, une dernière partie a porté sur l’étude simultanée des différents flux azotés quantifiés au cours de la succession de deux ans légumineuse – blé, et sur les traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Les espèces de légumineuses ont ainsi pu être différenciées selon leur profil fonctionnel et donc leur aptitude à fournir des services écosystémiques relatifs à l’azote.

In the context of agroecological transition, the reintroduction of legume crops should play a key role in cropping system sustainability by allowing a reduction of nitrogen (N) inputs. But few references are available concerning the agronomical and ecological services provided by a wide range of legume crops, particularly within crops succession scale. Thus, the main objective of our study is to quantify the N fluxes during and after the legume crops taking into account 10 legume crops (peas, lupin, faba bean, soybean...). Our experiment consists in i) quantifying symbiotic N fixation depending on the amount of soil inorganic N, the mineralisation of N present in legume crop residues after soil incorporation and N losses outside of the soil-plant system (leaching, emission of nitrous oxide), ii) identifying plant biological traits associated to N fluxes. Thus, different N fluxes were quantified during a two-year field experiment, i.e. the first year (2014) legume crops were implanted and followed by wheat the second year (14-15) after incorportation of legume residues. This experiment was repeated in 2016-2017.In parallel, plant root traits were characterised during greenhouse hydroponic experiments, Dans le contexte de la transition agroécologique en faveur de systèmes de culture plus économes en intrants azotés, la réintroduction des légumineuses a un rôle majeur à jouer pour atteindre la durabilité de ces systèmes. Peu de références sont actuellement disponibles sur les intérêts agronomiques et écologiques des différentes espèces, notamment à l’échelle de la rotation. Dans ce cadre, notre objectif principal consiste à mieux quantifier les flux d’azote impliqués au cours et après culture de légumineuses, et ce pour une gamme élargie d’espèces. Notre travail expérimental porte donc sur la caractérisation des flux d’azote induits dans le sol et dans les cultures de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastées en parallèle de la mesure des déterminants de ces flux. Les objectifs spécifiques consistent à : i) quantifier la fixation symbiotique en fonction du niveau du stock d’azote minéral du sol, la minéralisation de l’azote des résidus de légumineuses après enfouissement et les pertes d’azote en dehors du système sol-plante (lixiviation, émission de protoxyde d’azote), ii) identifier les « traits de plantes » explicatifs des fonctions liées à ces flux d’azote. Pour atteindre ces objectifs, les différents flux d’azote ont été quantifiés au cours d’une expérimentation au champ avec implantation d’une culture de légumineuses en première année suivie par une culture de blé en année 2 qui a été menée en 2014-2015 et reconduite sur la campagne 2016-2017. En parallèle, les traits des plantes, notamment racinaires, ont été caractérisés plus finement au cours d’expérimentations conduites en conditions contrôlées

In a world where circular economy and the valorization of raw materials is taking a greater importance, municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash is identified as potentially renewable resource in the construction field and more specifically in cementitious materials like mortar and concrete. Given the origin of the bottom ash and in order to have a better cement/MSWI bottom ash compatibility, the fraction used was as refined as possible by removing ferrous, non-ferrous and unwanted materials. The choice of the cement used is a critical factor as well because it affects the quality of the end product since MSWI bottom ash has particular physicochemical properties. The work in this PhD studies the advantages of using a sulfo-aluminate cement to valorize an improved 0/2 mm fraction of bottom ash that has been developed to be used in cementitious matrices. The first part presents the results of the mortar sample mixes containing bottom ash in a substitution by volume of the standard sand. To better highlight the effect of using a sulfo-aluminate (CSA), CSA mortars containing bottom ash were compared to a Portland cement (OPC) mortars, with substitution rates of 25 %, 50 %, 75 % and 100 % were used. A study of the porosity was then conducted at 90 days ; it shows that the pores larger to 50 nm are remarkably less present for CSA mortars. This thesis brings forward a major and innovative result : the level of alkalinity of the mortar plays an important role in the release of hydrogen gas after mixing and before setting. The presence of these gases creates large porosity in the hardened mortar samples. The second part studies the physical and microstructural aspects of the mortars after being immersed in aggressive environments : pure water and sulfate solution. The substitution rates used in this experiment were 50 % and 100 % by volume as well as the reference mortars with no bottom ash. These samples were then studied in the SEM which showed that CSA/bottom ash mortars were clearly less affected than the OPC/bottom ash mortars. This was highlighted by the porosity, the cracking and the depth of degraded zone.; Dans un contexte accru d’économie circulaire et de valorisation des matières premières recyclées, les mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND) constituent des déchets granulaires minéraux identifiés comme ressources renouvelables potentiellement valorisables dans la filière construction, notamment dans le domaine des matériaux cimentaires (type mortier/béton). Compte tenu de l'origine et de la nature des granulats de mâchefers, dans une finalité de concourir à une meilleure compatibilité mâchefer/ciment, il apparait essentiel en premier lieu de considérer des fractions minérales de mâchefers au mieux épurées par l’optimisation de l’enlèvement des métaux ferreux, non-ferreux et indésirables. En second temps, tenant compte des spécificités physico-chimiques résultantes des mâchefers, le choix de la base cimentaire constitue le second facteur prépondérant en sus de la nécessité de meilleure qualité de la fraction minérale de mâchefer. Le présent travail doctoral traite spécifiquement de l’apport de l’utilisation d’un ciment sulfo-alumineux dans le contexte de valorisation des mâchefers en matrice cimentaire. Des sables de mâchefers améliorés de fraction 0/2 mm ont été élaborés et utilisés pour l’étude. Dans une première partie, les résultats de formulation de mortiers cimentaires (ciment Portland, noté OPC / ciment sulfo-alumineux, noté CSA) à base de mâchefers en substitution volumique partielle du sable naturel (25, 50 et 75 %) et totale (100 %), mettent en évidence l’apport bénéfique du ciment CSA sur les résistances en compression par comparaison aux mortiers OPC. Une analyse expérimentale du réseau poreux des mortiers à 90 jours révèle que la frange de porosité supérieure à 50 nm est nettement plus faible pour les mortiers CSA. La thèse met en évidence un résultat majeur et pionnier : en interaction mâchefer, le niveau de basicité du milieu réactionnel joue un rôle prépondérant sur le potentiel de dégagement gazeux (hydrogène) après la mise en œuvre et avant la prise. Ce gaz impacte le niveau de porosité de la frange la plus grossière des mortiers durcis. La seconde partie concerne l’étude physique et microstructurale des mortiers soumis à l’attaque à l’eau pure ou à attaque sulfatique pour des substitutions volumiques de 50 et 100 %, avec les témoins pour référentiels. Les observations MEB sur les différentes matrices mettent en évidence une nette moindre sensibilité des mortiers mâchefer/CSA que des mortiers mâchefer/OPC, traduit par des porosités, fissurations et épaisseurs dégradées moindres.

In a world where circular economy and the valorization of raw materials is taking a greater importance, municipal solid waste incineration (MSWI) bottom ash is identified as potentially renewable resource in the construction field and more specifically in cementitious materials like mortar and concrete. Given the origin of the bottom ash and in order to have a better cement/MSWI bottom ash compatibility, the fraction used was as refined as possible by removing ferrous, non-ferrous and unwanted materials. The choice of the cement used is a critical factor as well because it affects the quality of the end product since MSWI bottom ash has particular physicochemical properties. The work in this PhD studies the advantages of using a sulfo-aluminate cement to valorize an improved 0/2 mm fraction of bottom ash that has been developed to be used in cementitious matrices. The first part presents the results of the mortar sample mixes containing bottom ash in a substitution by volume of the standard sand. To better highlight the effect of using a sulfo-aluminate (CSA), CSA mortars containing bottom ash were compared to a Portland cement (OPC) mortars, with substitution rates of 25 %, 50 %, 75 % and 100 % were used. A study of the porosity was then conducted at 90 days ; it shows that the pores larger to 50 nm are remarkably less present for CSA mortars. This thesis brings forward a major and innovative result : the level of alkalinity of the mortar plays an important role in the release of hydrogen gas after mixing and before setting. The presence of these gases creates large porosity in the hardened mortar samples. The second part studies the physical and microstructural aspects of the mortars after being immersed in aggressive environments : pure water and sulfate solution. The substitution rates used in this experiment were 50 % and 100 % by volume as well as the reference mortars with no bottom ash. These samples were then studied in the SEM which showed that CSA/bottom ash mortars were clearly less affected than the OPC/bottom ash mortars. This was highlighted by the porosity, the cracking and the depth of degraded zone.; Dans un contexte accru d’économie circulaire et de valorisation des matières premières recyclées, les mâchefers d’incinération de déchets non dangereux (MIDND) constituent des déchets granulaires minéraux identifiés comme ressources renouvelables potentiellement valorisables dans la filière construction, notamment dans le domaine des matériaux cimentaires (type mortier/béton). Compte tenu de l'origine et de la nature des granulats de mâchefers, dans une finalité de concourir à une meilleure compatibilité mâchefer/ciment, il apparait essentiel en premier lieu de considérer des fractions minérales de mâchefers au mieux épurées par l’optimisation de l’enlèvement des métaux ferreux, non-ferreux et indésirables. En second temps, tenant compte des spécificités physico-chimiques résultantes des mâchefers, le choix de la base cimentaire constitue le second facteur prépondérant en sus de la nécessité de meilleure qualité de la fraction minérale de mâchefer. Le présent travail doctoral traite spécifiquement de l’apport de l’utilisation d’un ciment sulfo-alumineux dans le contexte de valorisation des mâchefers en matrice cimentaire. Des sables de mâchefers améliorés de fraction 0/2 mm ont été élaborés et utilisés pour l’étude. Dans une première partie, les résultats de formulation de mortiers cimentaires (ciment Portland, noté OPC / ciment sulfo-alumineux, noté CSA) à base de mâchefers en substitution volumique partielle du sable naturel (25, 50 et 75 %) et totale (100 %), mettent en évidence l’apport bénéfique du ciment CSA sur les résistances en compression par comparaison aux mortiers OPC. Une analyse expérimentale du réseau poreux des mortiers à 90 jours révèle que la frange de porosité supérieure à 50 nm est nettement plus faible pour les mortiers CSA. La thèse met en évidence un résultat majeur et pionnier : en interaction mâchefer, le niveau de basicité du milieu réactionnel joue un rôle prépondérant sur le potentiel de dégagement gazeux (hydrogène) après la mise en œuvre et avant la prise. Ce gaz impacte le niveau de porosité de la frange la plus grossière des mortiers durcis. La seconde partie concerne l’étude physique et microstructurale des mortiers soumis à l’attaque à l’eau pure ou à attaque sulfatique pour des substitutions volumiques de 50 et 100 %, avec les témoins pour référentiels. Les observations MEB sur les différentes matrices mettent en évidence une nette moindre sensibilité des mortiers mâchefer/CSA que des mortiers mâchefer/OPC, traduit par des porosités, fissurations et épaisseurs dégradées moindres.

Master; The current context in agriculture raises questions about future solutions that will limit the impact of such an activity on the environment. Legumes, which provide nitrogen to the ecosystem by bacterial fixation, seem to be a very interesting lever for limiting the application of inputs to crops. However, little is known about the specific differences of these plants with regard to their influence on the nitrogen balance of agrosystems. Focusing on temporary grasslands, the results observed show us that the legumes tested (Alfalfa, White Clover, Red Clover) differ in their agronomic performance in association (with grasses). The first develops its structure in a more durable way, providing a higher yield later, and limiting the impact of its nitrogen fixation on leaching losses. White clover, with a faster turnover of nitrogen resources, transfers more nitrogen for its companion plants and induces higher nitrate losses. The red clover is intermediate with strong fixation, rapid turnover leading to lower yield in the long term, and leaching between the other two legumes. A compromise must be found between the proposed management and the legume species to be planted.; Le contexte actuel en agriculture amène à ce poser des questions quant aux solutions futures qui vont permettre de limiter l’impact d’une telle activité sur l’environnement. Les légumineuses, permettant un apport d’azote à l’écosystème par fixation bactérienne, semblent constituer un levier d’action très intéressant pour limiter l’application d’intrants aux cultures. Mais peu de connaissances sont rapportées quant aux différences spécifiques de ces plantes à propos de leur influence sur le bilan azoté des agrosystèmes. En se focalisant sur les prairies temporaires, les résultats observés nous montrent que les légumineuses testées (Luzerne, Trèfle blanc, Trèfle violet) diffèrent dans leur performances agronomiques en association (avec des graminées). La première développe sa structure de manière plus pérenne, fournissant un rendement élevé plus tardif, et limitant l’impact de sa fixation azoté sur les pertes par lixiviation. Le trèfle blanc, avec un turn-over des ressources azotés plus rapide, transfert plus d’azote pour ses plantes compagnes et induit des pertes en nitrates plus élevées. Le trèfle violet est intermédiaire avec une fixation forte, un turn-over rapide induisant un rendement plus faible sur le long terme, et une lixiviation entre les deux autres légumineuses. Il convient de trouver un compromis entre la gestion envisagée et l’espèce de légumineuse à implanter.

Nowadays, in a context of global changes, addressing the interlinked challenges of food security and environmental impacts is fundamental for the sustainability of agricultural systems. Therefore, the thesis aimed to assess agronomic and environmental performances of organic systems, by coupling the experimental monitoring of a 35 organic fields network in the Northern region of France with modeling the soil-crop continuum, to better understand the underlying processes in water and nitrogen dynamics within those systems, and to promote a more sustainable management.Water drainage and nitrate leaching were assessed by coupling soil, crop and climate data within LIXIM model. Then we analyzed N leaching pattern under diverse organic arable fields to explain its main driving factors. Leaving aside the strong soil type effect and the importance of climatic conditions on drainage, the combination of previous crops and autumn field management appeared to be a key determinant of nitrate leaching in the studied organic systems, as they both drive the amount of soil mineral nitrogen before draining period and explain the position of nitrate in the soil profile. We also showed the dichotomous role of legumes as preceding crop in organic cropping systems and the poor performance of the standard catch crops, sown in late summer in this context.Yield gap of cereals was investigated using a deterministic modeling approach as a diagnosis tool, to contribute in improving the productivity of organic agriculture. The soil-crop model STICS was used to estimate the potential yields of each studied winter wheat and winter triticale crop fields in their given soil and climate conditions. Our results reasserted how nitrogen stress could explain a major part of the yield gap occurring in organic crops and outweigh biotic limiting factors impacts, for cropping systems relying on few or no manures for nitrogen supply.Lastly, we aimed to address the challenge of nitrogen supply in organic arable systems for a better nitrogen use efficiency and improved crop yields. We used the model STICS to simulate the impact of alternative nitrogen management practices by carrying out a numerical experiment in a participatory approach involving farmers, technical advisors and researchers. The findings emphasized the importance of crop succession design and management practices, particularly the implementation of catch crops and the timing of the destruction of perennial legume crops. Optimizing the farmer’s actual practices could then be possible, reducing the potential emissions of nitrogen via leaching or gaseous losses, without decreasing the nitrogen supply for the following crop.Organic arable cropping systems, within the studied soil, technics and climate contexts, can achieve agronomic performances combined with low environmental impacts, with well-managed nitrogen practices.; Dans le contexte actuel de changements globaux, faire face au défi multiple et interconnecté de la sécurité alimentaire et des impacts environnementaux s’avère fondamental pour la durabilité des systèmes agricoles. La thèse s’attache ainsi à évaluer les performances agronomiques et environnementales des systèmes en AB, en couplant un suivi expérimental réalisé sur un réseau de 35 parcelles agricoles dans la région Hauts-de-France, avec la modélisation du continuum sol-plante-atmosphère afin de mieux comprendre les processus expliquant les dynamiques de l’eau et de l’azote dans ces systèmes, en vue de promouvoir des pratiques de gestion durables.Dans un premier temps, le drainage d’eau et la lixiviation d’azote ont été quantifiés en couplant les données sol-culture-climat et le modèle LIXIM. L’analyse de la lixiviation des parcelles agricoles a permis de déterminer que les facteurs qui expliquent la variabilité. Outre le fort effet sol et l’importance des conditions climatiques sur le drainage, ils sont principalement liés à la combinaison de précédent cultural et de gestion de la couverture du sol en automne. Ces deux derniers jouent en effet sur la quantité d’azote minéral présent avant la période de drainage et expliquent la position du nitrate dans le profil de sol. Nos résultats ont montré le rôle dichotomique des légumineuses dans les systèmes de grandes cultures en AB, et la faible performance des cultures intermédiaires car semées tardivement en automne dans ce contexte.Dans un second temps, le diagnostic des déterminants de l’écart au rendement des cultures ou yield gap a été réalisé via une approche par modélisation déterministe. Le modèle sol-culture STICS a servi à estimer les différents niveaux de rendement potentiel et décomposer le yield gap, en s’appuyant sur le cas du blé tendre et du triticale. Les résultats montrent que le stress en azote permet d’expliquer la majeure partie du yield gap survenant en AB, et dans une moindre mesure les facteurs liés à la pression biotique, pour des systèmes recourant à peu ou pas d’apport azoté exogène.Finalement, le défi de la fourniture en azote dans les systèmes de grandes cultures en AB a été abordé afin de contribuer à une meilleure efficience d’utilisation de l’azote et une amélioration de la productivité des parcelles. Le modèle STICS a permis de simuler l’impact de pratiques de gestion alternatives de l’azote, par expérimentation numérique menée dans le cadre d’une approche participative, mobilisant les agriculteurs, les conseillers techniques et les chercheurs. Les résultats indiquent l’importance de la succession et des pratiques culturales, en particulier la mise en place de cultures intermédiaires et la gestion du retournement des luzernières. L’optimisation des pratiques des agriculteurs restent ainsi possible, en réduisant les émissions potentielles d’azote par lixiviation ou par pertes gazeuses, sans léser la fourniture en N pour les cultures.Dans les contextes pédo-technico-climatiques étudiés, les systèmes de grandes cultures en AB peuvent ainsi combiner performance agronomique et faibles impacts environnementaux, lorsque la gestion de l’azote est bien maîtrisée.

Nowadays, in a context of global changes, addressing the interlinked challenges of food security and environmental impacts is fundamental for the sustainability of agricultural systems. Therefore, the thesis aimed to assess agronomic and environmental performances of organic systems, by coupling the experimental monitoring of a 35 organic fields network in the Northern region of France with modeling the soil-crop continuum, to better understand the underlying processes in water and nitrogen dynamics within those systems, and to promote a more sustainable management.Water drainage and nitrate leaching were assessed by coupling soil, crop and climate data within LIXIM model. Then we analyzed N leaching pattern under diverse organic arable fields to explain its main driving factors. Leaving aside the strong soil type effect and the importance of climatic conditions on drainage, the combination of previous crops and autumn field management appeared to be a key determinant of nitrate leaching in the studied organic systems, as they both drive the amount of soil mineral nitrogen before draining period and explain the position of nitrate in the soil profile. We also showed the dichotomous role of legumes as preceding crop in organic cropping systems and the poor performance of the standard catch crops, sown in late summer in this context.Yield gap of cereals was investigated using a deterministic modeling approach as a diagnosis tool, to contribute in improving the productivity of organic agriculture. The soil-crop model STICS was used to estimate the potential yields of each studied winter wheat and winter triticale crop fields in their given soil and climate conditions. Our results reasserted how nitrogen stress could explain a major part of the yield gap occurring in organic crops and outweigh biotic limiting factors impacts, for cropping systems relying on few or no manures for nitrogen supply.Lastly, we aimed to address the challenge of nitrogen supply in organic arable systems for a better nitrogen use efficiency and improved crop yields. We used the model STICS to simulate the impact of alternative nitrogen management practices by carrying out a numerical experiment in a participatory approach involving farmers, technical advisors and researchers. The findings emphasized the importance of crop succession design and management practices, particularly the implementation of catch crops and the timing of the destruction of perennial legume crops. Optimizing the farmer’s actual practices could then be possible, reducing the potential emissions of nitrogen via leaching or gaseous losses, without decreasing the nitrogen supply for the following crop.Organic arable cropping systems, within the studied soil, technics and climate contexts, can achieve agronomic performances combined with low environmental impacts, with well-managed nitrogen practices.; Dans le contexte actuel de changements globaux, faire face au défi multiple et interconnecté de la sécurité alimentaire et des impacts environnementaux s’avère fondamental pour la durabilité des systèmes agricoles. La thèse s’attache ainsi à évaluer les performances agronomiques et environnementales des systèmes en AB, en couplant un suivi expérimental réalisé sur un réseau de 35 parcelles agricoles dans la région Hauts-de-France, avec la modélisation du continuum sol-plante-atmosphère afin de mieux comprendre les processus expliquant les dynamiques de l’eau et de l’azote dans ces systèmes, en vue de promouvoir des pratiques de gestion durables.Dans un premier temps, le drainage d’eau et la lixiviation d’azote ont été quantifiés en couplant les données sol-culture-climat et le modèle LIXIM. L’analyse de la lixiviation des parcelles agricoles a permis de déterminer que les facteurs qui expliquent la variabilité. Outre le fort effet sol et l’importance des conditions climatiques sur le drainage, ils sont principalement liés à la combinaison de précédent cultural et de gestion de la couverture du sol en automne. Ces deux derniers jouent en effet sur la quantité d’azote minéral présent avant la période de drainage et expliquent la position du nitrate dans le profil de sol. Nos résultats ont montré le rôle dichotomique des légumineuses dans les systèmes de grandes cultures en AB, et la faible performance des cultures intermédiaires car semées tardivement en automne dans ce contexte.Dans un second temps, le diagnostic des déterminants de l’écart au rendement des cultures ou yield gap a été réalisé via une approche par modélisation déterministe. Le modèle sol-culture STICS a servi à estimer les différents niveaux de rendement potentiel et décomposer le yield gap, en s’appuyant sur le cas du blé tendre et du triticale. Les résultats montrent que le stress en azote permet d’expliquer la majeure partie du yield gap survenant en AB, et dans une moindre mesure les facteurs liés à la pression biotique, pour des systèmes recourant à peu ou pas d’apport azoté exogène.Finalement, le défi de la fourniture en azote dans les systèmes de grandes cultures en AB a été abordé afin de contribuer à une meilleure efficience d’utilisation de l’azote et une amélioration de la productivité des parcelles. Le modèle STICS a permis de simuler l’impact de pratiques de gestion alternatives de l’azote, par expérimentation numérique menée dans le cadre d’une approche participative, mobilisant les agriculteurs, les conseillers techniques et les chercheurs. Les résultats indiquent l’importance de la succession et des pratiques culturales, en particulier la mise en place de cultures intermédiaires et la gestion du retournement des luzernières. L’optimisation des pratiques des agriculteurs restent ainsi possible, en réduisant les émissions potentielles d’azote par lixiviation ou par pertes gazeuses, sans léser la fourniture en N pour les cultures.Dans les contextes pédo-technico-climatiques étudiés, les systèmes de grandes cultures en AB peuvent ainsi combiner performance agronomique et faibles impacts environnementaux, lorsque la gestion de l’azote est bien maîtrisée.

In France, it has been numerated more than 340 Million Tons of deconstruction wastes in the field of civil and public works.Among of these wastes, which are prone to be recycled if they are inert, are old aggregates concretes, especially which were produced in the 1960’s. The manufacturing process of cement on an industrial scale was similar to what is done today. Where, it cannot be excluded that these concretes may contain hexavalent chromium. However, the directive 2003/CE/53 concerning the production of cement limits the content of hexavalent chromium to 2 mg per kg of dry matter. Therefore, it is essential to study, before any upgrading project, the atmospheric interactions with the cement matrix and the degradation by rainwater during their landfill or during their life cycle.The thesis work takes part of a feasibility study on the recycling of waste deconstruction containing Cr (VI) and having undergone different types of natural degradations, including atmospheric carbonation. An environmental impact study has been performed on the basis of leaching tests on monolithic and granular materials. In addition, pH impact study on release conditions was also performed. The interpretation of the experimental results is based on the use of kinetic models, in particular the model of Côte & Constable (1985), as well as the solutions of interpretations graphs of the known different standards.The experimental campaign is focused on mortars confectioned from aggregates recycled at 30% and 100% substitution rates as well as recycled aggregates in the gross state. The obtained results are shown that the materials studied (mortars or aggregates alone) are inert with respect to the release of hexavalent chromium. t has been shown, independently from the origin of the recycled aggregates, their chemical composition, their mineralogy and their substitution rate in mortars, that the release of chromium hexavalent remains negligible. Similarly, an in-depth study was conducted on the chromium structure within the cementitious matrix under these two stable forms, trivalent and hexavalent. The results showed that chromium tends to stabilize in ettringite, with structure called Cr-ettringite in the case of Cr (VI) and in bentorite structure in the case of Cr (III).Finally, it has been shown that the cement matrix carbonation has an aptitude to trap and immobilize Cr (VI)., En France, on compte plus de 340 millions de tonnes de déchets de déconstruction dans le secteur du bâtiment et des travaux publics. Parmi ces déchets, susceptibles d’être valorisés à condition qu’ils soient inertes, on trouve les granulats issus de vieux bétons et notamment des bétons produits dans les années 1960. Le processus de fabrication du ciment à l’échelle industrielle était tel qu’aujourd’hui, on ne peut pas exclure que ces bétons puissent contenir du chrome hexavalent. Mais la directive 2003/CE/53 concernant la production du ciment limite la teneur en chrome hexavalent à 2mg par kg de matière sèche. Il est par conséquent indispensable d’étudier, avant tout projet de valorisation, les interactions atmosphériques avec la matrice cimentaire et les dégradations par les eaux de pluie lors de leur mise en décharge ou durant leur cycle de vie.Le travail de cette thèse s’inscrit dans une étude de faisabilité du recyclage des déchets de déconstruction contenant du Cr (VI) et ayant subi différents types de dégradations naturelles, notamment la carbonatation atmosphérique. Une étude d’impact environnemental a été effectuée sur la base d’essais de lixiviation sur des matériaux de types monolithique et granulaire. Une étude de l’impact du pH sur les conditions de relargage a également été réalisée. L’interprétation des résultats expérimentaux utilise des modèles cinétiques, en particulier le modèle de Côte et Constable (1985), ainsi que les solutions d’interprétations graphiques des différentes normes utilisées.La campagne expérimentale a porté sur des mortiers confectionnés à base de granulats recyclés à des taux de 30% et 100% de substitution ainsi que sur des granulats recyclés à l’état brut. Les résultats obtenus ont montré que les matériaux étudiés (mortiers ou granulats seuls) sont inertes vis à vis du relargage du chrome hexavalent. Il a été démontré également, indépendamment de l’origine des granulats recyclés, de leur composition chimique et minéralogique et de leur taux de substitution dans les mortiers, que le relargage du chrome hexavalent reste négligeable. De même, une étude approfondie a été menée sur la structure du chrome au sein de la matrice cimentaire sous ces deux formes stables, trivalente et hexavalente. Les résultats obtenus ont montré que le chrome a tendance à se stabiliser dans l’ettringite, appelé Cr-ettringite dans le cas du Cr (VI) et dans la bentorite dans le cas du Cr (III).Enfin, il a été mis en évidence que la matrice cimentaire carbonatée a une aptitude à immobiliser le Cr (VI).

International audience; Incorporés dans des matrices minérales et parfois engagés sous forme de spinelles de type ferrites, les oxydes métalliques non ferreux à base de métaux stratégiques (Mo, Ni, Zn, Pb, Cr, W) des laitiers sidérurgiques "inox" ont rarement fait l’objet de traitements spécifiques. Dans le cas d’une volonté de préservation de la matrice minérale, les traitements comprenant une mise en solution des métaux (spéciation sous forme d’hydroxydes et/ou oxydes) en solution à l’aide d’un agent lixiviant de type acide restent obsolètes, inapplicables et sont clairement à proscrire. Ils présentent l’inconvénient majeur de lessiver la chaux provoquant de ce fait une surconsommation de réactifs et une production importante de sels. Le milieu alcalin est à privilégier. Le principal objectif des manipulations de lixiviation sodique que nous avons opté pour mener à température ambiante est d’étudier brièvement (sans rentrer spécifiquement dans des considérations de rendements optimaux de solubilisation) l’influence que peuvent avoir certains paramètres (rapport solide/liquide, concentration en agent lixiviant) sur le processus de dissolution des oxydes métalliques de la matrice minérale d’étude, issue du crassier de Dorian [Firminy (Loire)]. Cette étude nous a permis d’une part, de vérifier le postulat émis dans la littérature selon lequel la soude (compte tenu de son faible pouvoir de corrosion et de sa sélectivité) présenterait de nombreux avantages (faible solubilisation du fer et du calcium; milieu lixiviant particulièrement bien adapté aux métaux de transition du type Mo, Cr, W, etc.) et, d’autre part, de confirmer l’applicabilité du traitement hydrométallurgique aux laitiers sidérurgiques "inox". La silice SiO2 et la calcite CaCO3 demeurent relativement peu lixiviées (préservation de la matrice minérale). Un intérêt décisif, que nous avons pu constater de développement de procédé hydrométallurgique par voie sodique, est de très peu solubiliser le fer ce qui le rend ainsi aisément éliminable du milieu réactionnel par simple séparation solide/liquide à l’issue de l’étape de lixiviation alcaline. La régénération de la solution lixiviante reste possible par simple addition de chaux au lixiviat permettant la précipitation simultanée des silicates et/ou carbonates susceptibles d’avoir été lixiviés.

Alkylphenol (AP) and bisphenol A (BPA) contamination of urban runoff has already been established. Potential sources of these contaminants in runoff are endogenous to the urban watershed and are mainly related to traffic and leaching from construction materials. This article summarizes the results of experimental work carried out on a selection of building materials, automotive materials, and consumables, which can be in contact with rain, to assess their potential emission of alkylphenols, alkylphenol ethoxylates, and bisphenol A into runoff. 36 samples of materials, new and used, across 7 major families of building materials (PVC, concrete, polycarbonate, SBS-modified bitumen, drainage materials) and automotive materials (body, tires) were subjected to leaching tests with methanol and then, for a selection of them, with water. Automotive fluids were also directly analyzed. The results demonstrate the ubiquitous presence of APs and BPA in urban materials and their extractable character with water. The compounds with the strongest emission rates were bisphenol A and nonylphenol. The most important BPA emissions into water (10 to 300 ng/g) were measured for polycarbonate, tires, some car bodies, and PVC. Nonylphenol was leached in large quantities (1 to 10 ng/g) from PVC, some concretes, SBS-modified bitumen, and body samples. The tires were the only materials having a strong emission in octylphenol (1 to 10 ng/g). The analysis of automotive fluids confirmed the presence of BPA (0.3 to 5.5 g/L) and nonylphenol (2.3 to 2.9 mg/L) in brake fluids, while APs and BPA were found at trace levels in coolants and windscreen washer. Graphical abstract ᅟ.

Long-term bare fallow (LTBF) experiments with historical sample archives offer unique opportunities to study long-term impacts of anthropogenic activities on mineral soil fractions. In natural agro- and ecosystems, such impacts are often masked by organic matter due to its buffering action and rapid turnover. The 42-plot LTBF trial of INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) started in Versailles (France) in 1928 to assess the impacts of prolonged application of fertilizers and amendments on the composition and properties of loamy soils. Here, we established geochemical budgets of major and trace elements on surface samples from 1929 and 2014 for four groups of treatments relevant for developed soil processes. We considered accompanying effects of soil compaction or decompaction due to changing physicochemical conditions over 85 years. Element losses from the surface horizon were quantified via fertilization-induced or -amplified soil processes: clay leaching favored by Na- or K-based fertilization, and lixiviation of major and trace elements in acidic or alkaline soil conditions. Enhanced mineral weathering was shown for acidified and nonamended plots. Conclusions on trace metal migration were confirmed by selected analyses on subsurface horizons. Additional information was provided on specific element inputs via fertilizers and/or diffuse inputs via atmospheric deposition Financial support came from INRA and from the Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie ADEME SI

Ce numéro comprend les articles correspondant aux présentations du Colloque Casdar 2018; Dans un objectif d’atténuation du réchauffement climatique, la mise en place de systèmes de cultureplus autonomes vis-à-vis des engrais minéraux devient incontournable pour réduire les émissions degaz à effet de serre (GES) tout en diminuant le coût de la fertilisation. L’insertion de légumineuses dansces systèmes semble être un levier prometteur pour y parvenir. Les économies d’azote permises pardifférents modes d’introduction de légumineuses et leur impact sur les émissions de GES ont étéestimés et évalués en quantifiant au préalable les flux d’azote dans les systèmes avec ou sanslégumineuses à partir de données issues de dispositifs expérimentaux préexistants, disponibles dans labibliographie ou acquises dans de nouveaux essais. L’introduction de légumineuses présenterégulièrement un impact positif sur la réduction de l’emploi des engrais azotés. Le risqued’augmentation de la lixiviation du nitrate dépend de leur mode d’introduction et de leur place dans lesrotations. Enfin, les émissions mesurées en cultures principales de légumineuses sont généralementtrès significativement réduites en comparaison des cultures fertilisées, cependant la dégradation desrésidus des légumineuses (en culture ou en couverts) peut générer des émissions de N2O corrélées àleur impact sur les flux d’azote, variable selon les conditions pédoclimatiques. Ces résultats devraientpermettre d’élaborer des recommandations pour mieux prendre en compte les légumineuses dans laconception de systèmes de culture plus autonomes vis-à-vis des engrais azotés de synthèse et moinsémetteurs de N2O.

An innovative ironmaking process by alkaline electrolysis of suspended iron oxides is being developed at ArcelorMittal Global R&D Maizières-lès-Metz. Were it to achieve industrial maturity, this process would permit a significant reduction of steelmaking CO2 emissions. Indeed, the use of carbon as a reducing agent in blast furnace would be replaced by electricity. Although this process enables iron production from commercial hematite (Fe2O3) at current density of 1000 A.m-2 with faradaic efficiency higher than 80%, these performances are systematically lower when using iron ore instead. The main impurities in these ores are aluminium and silicon oxides and hydroxides, these compounds are soluble in concentrated sodium hydroxide solutions. These compounds could be the source of the decrease in reactivity observed when feeding the process with iron ores. To raise the electrolysis performance with iron ores, alkaline leaching treatments were conducted on a defined iron ore. Reactivity of iron ores before and after treatment was compared by chronoamperometry. Although the elimination of aluminous compounds resulted in the ore gaining a faradaic yield increase to a value of 80%, compared with 65% before treatment, its current density remained twice as low as the one of hematite for a same applied voltage. Furthermore, complementary experiments of aluminate and silicate ions addition during pure hematite electrolysis did not have any deleterious effect on its electrolysis. Based on all the experiments undertaken in this PhD, it seems unlikely that siliceous and aluminous impurities hold an important effect on iron ore reactivity in alkaline electrolysis. The process is nonetheless very sensitive to iron ores granulometry. On this subject, strong agglomeration phenomena were witnessed when measuring iron ores granulometry but did not occur with pure iron oxides. Therefore, it would seem that other phenomena may be the main cause of reactivity loss, these phenomena may well be linked to secondary granulometry of iron ores in concentrated alkaline media. In parallel, an advanced thermodynamic analysis was carried out to describe the best theoretical conditions for pressure, temperature and NaOH concentration to realize hematite electrolysis. Gangue compounds solubility was represented with Pitzer equations, and new parameters were calculated for Na-SiO3-Al(OH)4 interactions. This thermodynamic study enabled the design and pre-sizing of a treatment step for iron ores by alkaline leaching, Un procédé innovant de production de fer par électrolyse d’une suspension d’oxydes de fer en milieu alcalin concentré est développé au centre de recherche d’ArcelorMittal de Maizières-lès-Metz. Ce procédé s’il atteignait la maturité industrielle permettrait de réduire significativement les émissions de dioxyde de carbone associées à l’industrie sidérurgique, en remplaçant le carbone utilisé comme agent réducteur dans les hauts-fourneaux par de l’électricité. Bien que ce procédé permette la production de fer à partir d’hématite commerciale (Fe2O3) à une densité de courant de l’ordre de 1000 A.m-2 avec une efficacité faradique supérieure à 80%, une dégradation des performances est systématiquement constatée lors de l’électrolyse de minerais de fer. Les impuretés majoritaires de ces minerais sont les oxydes et hydroxydes d’aluminium et de silicium, des composés solubles dans la soude concentrée. Ces composés pourraient donc être à l’origine de la baisse de réactivité observée lors de l’alimentation du procédé par des minerais de fer. Ainsi afin de tenter d’améliorer les performances de l’électrolyse alcaline à partir de minerais, des traitements de lixiviation alcaline sur un minerai défini ont été effectués dans cette thèse. La réactivité des minerais avant et après traitement a été comparée par chronoampérométrie. Bien que suite à l’élimination de ses composés alumineux, le minerai traité ait vu son rendement faradique réhaussé à environ 80% pour une valeur avant pré-traitement de 65%, sa densité de courant est restée deux fois moins élevée que celle de l’hématite pour une même tension électrique appliquée. Des expériences d’ajout d’ions aluminates et d’ions silicates lors de l’électrolyse d’hématite pure n’ont de plus eu pratiquement aucun effet indésirable sur son électrolyse. Les diverses expériences conduites dans cette thèse laissent supposer que les impuretés traitées n’ont que peu d’influence sur la réactivité des minerais. Le procédé est en revanche très sensible à la granulométrie des particules de minerais. Par ailleurs de forts phénomènes d’agglomération, qui n’ont pas lieu avec les oxydes de fer purs, ont été constatés lors de mesure de granulométrie du minerai étudié. Ainsi les expériences réalisées laissent supposer qu’un autre phénomène, probablement lié à la granulométrie secondaire des minerais en milieu alcalin concentré, soit à l’origine de la baisse de réactivité observée lors de leur électrolyse. Parallèlement une analyse thermodynamique avancée a été menée afin de déterminer les meilleures conditions théoriques de pression, de température et de concentration en NaOH pour effectuer l’électrolyse de l’hématite. La solubilité des composés de la gangue a été représentée avec des équations de Pitzer, et de nouveaux paramètres ont été calculés pour les interactions Na-SiO3-Al(OH)4. Cette étude thermodynamique a permis la conception et le pré-dimensionnement d’une étape de traitement des minerais par lixiviation alcaline

L’épuration des effluents d’industries agroalimentaires (IAA), en Champagne – Ardenne notamment, est assurée majoritairement à travers l’épandage des effluents bruts sur les sols agricoles. Néanmoins, il est nécessaire de s’assurer de la compatibilité environnementale de cette technique avec la préservation de la qualité des eaux souterraines. Il est important de noter dans ce contexte que les effluents ne sont pas rejetés directement dans l’aquifère mais sur le sol, avec certaines précautions. Ce dernier exerce un pouvoir épurateur, grâce à la fois à son complexe argilo-humique et à son activité microbienne. Ce pouvoir est variable suivant l’élément : très proche de 100 % pour les bactéries, matières en suspension (MES), ions chargés positivement ; variable pour les petites molécules et/ou ions chargés négativement. Les objectifs de cette étude expérimentale sont de caractériser la dynamique de micropolluants métalliques et organiques susceptibles d’être présents dans les effluents agro-industriels et d’appréhender les risques pour les eaux souterraines au droit des parcelles agricoles épandues. La stratégie est de mesurer des flux d’eau et des teneurs in situ à la base d’un sol agricole représentatif, sur des micro-parcelles sujettes à un épandage et sur un traitement témoin sans épandage. L’étude cible en priorité les micropolluants tout en vérifiant les paramètres agro-environnementaux habituels. Ce travail a été réalisé sur le site expérimental INRA de FAGNIERES (51) sur lequel sont installées depuis 1970 des cases lysimétriques. A proximité a été implanté un dispositif à plaques lysimètriques sur lequel ont été suivies des apports d’effluents de différentes filières agro-industrielles. Le dispositif est installé sur une rendzine développée dans un paléosol crayeux à poches de cryoturbation, et appartient à la classe la plus répandue en Champagne crayeuse. Les sols de craie sont plus sensibles à la lixiviation à cause d’une moindre capacité totale de stockage en eau que les sols limoneux épais (Beaudoin et al., 2005) et d’un moins bon synchronisme entre les besoins des plantes et la minéralisation d’azote par le sol. Les résultats de cette expérimentation ont donc tendance à maximiser les risques liés à l’épandage d’effluents liquides. La mise en place de 4 plaques lysimétriques par traitement conduit à obtenir des volumes drainés moyens cohérents avec ceux mesurés sous le lysimètre historique de référence. Les volumes drainés sous les deux parcelles témoin sont plus importants que sous les traitements avec épandage d’effluent ; cela est probablement dû à des positionnements des plaques des témoins sous des cheminées de craie. Dans l’objectif d’atteindre un transfert de solutés représentatif de la normale, le constat d’un déficit pluviométrique en deuxième et troisième année d’expérimentation a conduit à procéder à une irrigation de 100 mm en mars 2015 et 200 mm en mars-avril 2016, à partir du réseau d’eau potable. Les lames d’eau drainées en 3 ans atteignent ou dépassent 500 mm d’eau, ce qui permet d’estimer que la majeure partie des solutés épandus, non adsorbables ou non biotransformés, a migré au-delà de la profondeur de prélèvement des solutés. Cette analyse est faite à la fois d’après les références de vitesse de migration du front des solutés et par l’observation de la dynamique d’épuisement du stock de chlorure, apporté par l’effluent ou l’irrigation. Les suivis de la qualité des lixiviats pour les paramètres agro-environnementaux classiques (DCO, COT, nitrate) montrent que les transferts des solutés non adsorbables ou non biotransformés depuis la surface a eu lieu. La comparaison des concentrations des lixiviats sous les micro-parcelles avec apport d’effluent et du témoin confirme que le pouvoir épurateur du sol est très élevé. Un calcul rigoureux du pouvoir épurateur n’est pas possible, parce que les lysimètres ne sont pas fermés et parce que l’intégration temporelle des concentrations en fonction des volumes drainés est impossible, du fait de l’existence de nombreuses valeurs inférieures aux seuils de quantification. Les mesures des micro-polluants ont été effectuées sur l’ensemble des volumes collectés. Les évolutions temporelles de concentration des substances montrent pendant ces trois campagnes de mesures: 1/ de très faibles variations des composés halogénés (AOX), avec des valeurs très proches des limites de quantification, qui sont non corrélées aux quantités apportées par les effluents; 2/ l’absence des substances dangereuses recherchées dans les lixiviats ; 3/ l’absence d’impact de l’épandage des effluents sur le paramètre Matières Inhibitrices mesuré sur les lixiviats. L’étude a permis de montrer, dans les eaux de drainage, l’absence des substances dangereuses et des autres paramètres listés dans le cadre des redevances des Agences de l’Eau et plus largement. Cette étude ne permet pas de statuer ni sur le niveau d’atténuation naturelle ni sur les risques de transferts de pollution vers la chaine alimentaire, ou vers le sol, par accumulation, ou vers l’air, par volatilisation. Cela nécessiterait des études à long terme et à large échelle, s’appuyant d’abord sur la bibliographie et les travaux du PIREN-Seine.

This work fits in the protection of natural resources. It aims the valorization urban soils excavated during earthworks. Given their high degree of heterogeneity and disturbed history, urban soils remain poorly characterized from a geotechnical and environmental point of view. In addition, their specificities generally do not allow the application of currently available regulatory guides, the purpose of which is to supervise the reuse of materials in the fields of civil engineering.The first part of the this work consisted of a geotechnical, chemical and mineralogical characterization of two urban soils. These soils were excavated more than one meter deep in the Paris region in an industrial area (in Boulogne Billancourt) and in an area near the Paris peripheral road (in Ivry-sur-Seine). This step made it possible to show some common characteristics: close geotechnical, gypsum (main support of sulfur and strontium), elements based on concrete and slags (magnetic and non-magnetic), important phases falling respectively to classifications (C1B5 / C1A1 according to the RTM), a remarkable content of organic carbon, significant amounts (in total content) of metallic trace elements and sulphates, and finally a complex composition with a natural and anthropogenic component evidenced by a test of sorting imported from the field of aggregates. This latter component comprises bricks, gypsum (main support of sulfur and strontium), concrete-based elements as well as slags (magnetic and non-magnetic), main phases respectively carrying the metallic and carbon phases. Using a linear regression approach, the distribution of anthropogenic artifacts was evaluated in the different soil size compartments, which allows understanding the natural processes of urban soil degradation (phase fragmentation accompanied by pollutant transfer).According to environmental regulations based on leaching tests, metallic pollutants do not exhibit critical mobility (leaching). However, these soils are not considered inert waste because of their high total organic carbon content and their excessive release of sulphates (the main soil pollutant), fluorine and antimony.The treatment with 1% lime for use in backfill has been validated, despite the mechanical performance required for road use after treatment with 5% cement and the suitability for treatment with the presence of disturbing pollutants (in especially sulphates). The permeability properties of compacted urban soils (OPN or OPM) with or without treatment have made it possible to study the transfer of pollutants under conditions close to those in situ. If the lime treatment seems to increase the permeability, the treatment with cement seems to strongly reduce it on certain test pieces (no flow below 5 kPa of hydraulic load). The treatments could also have an effect on the release of certain pollutants from the results of the leaching test at pH 12 with sometimes an inhibitory effect (for Ba, Sb, Mo Ni or As), sometimes an activating effect (for Cu or V or As). Finally, an immersion test on a monolith showing the diffusion of pollutants rather than their percolation under the effect of a hydraulic load completes the panel of experiments to observe the transfer of pollutants.; Dans le cadre général de la préservation des ressources naturelles, cette thèse vise la valorisation des sols urbains excavés lors des opérations de terrassements. Compte tenu de leur forte hétérogénéité et de leur histoire perturbée, les sols urbains restent assez mal caractérisés du point de vue géotechnique et environnemental. De plus leurs spécificités ne permettent pas en général d’appliquer les guides réglementaires actuellement disponibles qui ont pour objet l’encadrement de la réutilisation de matériaux dans les domaines du génie civil.La première partie du travail de thèse a consisté en une caractérisation géotechnique, chimique et minéralogiques de deux sols urbains excavés à plus d’un mètre de profondeur en région parisienne dans une zone industrielle (à Boulogne Billancourt) et dans une zone proche du périphérique parisien (à Ivry-sur-Seine). Cette étape a permis de mettre en évidence certaines caractéristiques communes : des classifications géotechniques proches (C1B5/C1A1 selon le GTR), une teneur remarquable en carbone organique, des quantités non négligeables (en contenu total) d’éléments trace métalliques et de sulfates, et enfin une composition complexe avec une composante naturelle et anthropique mise en évidence par un essai de tri importé du domaine des granulats. Cette dernière composante comprend des briques, du gypse (porteur principal du soufre et du strontium), des éléments à base de béton ainsi que des scories (magnétiques et non magnétiques), principales phases porteuses des phases métalliques et carbonées respectivement. A l’aide d’une approche en régression linéaire, la répartition des artefacts anthropiques a été évaluée dans les différents compartiments granulométriques du sol, ce qui permet d’appréhender les processus de dégradation naturels des sols urbains (fragmentation des phases accompagnée d’un transfert de polluants).Selon la réglementation environnementale basée sur des essais de lixiviation, les polluants métalliques ne montrent pas une mobilité (lixiviation) critique. Néanmoins ces sols ne sont pas considérés comme des déchets inertes du fait de leur teneur élevé en contenu total en carbone organique et d’un relargage trop élevés en sulfates (principal polluant du sol), en fluorure et en antimoine.Les performances mécaniques requises pour un usage routier après un traitement avec 5% de ciment ainsi que l’aptitude au traitement avec un traitement à 1% de chaux pour un usage en remblai ont été validées, et ce en dépit de la présence des polluants perturbateurs (notamment les sulfates). Les propriétés de perméabilité des sols urbains compactés (à l’OPN ou l’OPM) avec ou sans traitement ont permis d’étudier le transfert des polluants dans des conditions proches de celles in situ. Si le traitement à la chaux semble augmenter la perméabilité, le traitement au ciment semble fortement la diminuer sur certaines éprouvettes (absence d’écoulement sous 5 kPa de charge hydraulique). Les traitements pourraient également avoir un effet sur le relargage de certains polluants si on se base sur les résultats de test de lixiviation à pH 12 avec tantôt un effet inhibiteur (pour Ba, Sb, Mo Ni voire As), tantôt un effet activateur (pour Cu ou V voire As). Enfin, un essai d’immersion sur monolithe qui met en avant la diffusion des polluants plutôt que leur percolation sous l’effet d’une charge hydraulique complète le panel des expériences pour observer le transfert des polluants.

International audience; La valorisation des mâchefers d'incinération de déchets non dangereux (MIDND) est conditionnée par leurs teneurs intrinsèques en éléments polluants tels que le COT, les BTEX, les PCB, les hydrocarbures, les HAP, les dioxines et les furanes, d'une part et, d'autre part, par la fraction lixiviable des éléments traces métalliques (ETM). Le comportement à la lixiviation est évalué sur la base des résultats d'un essai normé (NF EN 12457-2 et Arrêté du 18 novembre 2011). Certains éléments traces métalliques, tels que l'antimoine, le plomb et le cuivre sont identifiés comme étant régulièrement limitant vis-à-vis de la valorisation des mâchefers (Amorce, 2012). Il apparait de ce fait intéressant d'envisager de traiter les mâchefers avant leur valorisation dans le double objectif de réduire la fraction lixiviable des polluants limitants et de produire un matériau plus homogène et stable dans le temps, soit plus facilement intégrable dans des formulations de matériaux de construction. Dans ce contexte, la démarche suivie a permis d'étudier l'influence d'un protocole de lavage des mâchefers sur la lixiviation des ETM les plus critiques vis-à-vis de la valorisation de ce matériau. Dans un premier temps, l'influence de différents paramètres sur la qualité du lavage des mâchefers a été évaluée. Les paramètres pris en compte sont la nature et la concentration de la solution de lavage, la durée du lavage, le ratio L/S et la granulométrie de la phase solide. Sur la base des résultats obtenus, un protocole de lavage optimisé a ensuite été défini. Les principaux résultats de l'étude montrent qu'un lavage court avec une solution faiblement concentrée en acide chlorhydrique et un faible ratio L/S permet de fortement réduire la lixiviation des métaux. Il est apparu, en revanche, que le lavage doit être suivi d'un rinçage pour une meilleure efficacité. Dans un second temps, les données collectées lors de ces essais ont été exploitées pour modéliser, à l'aide du logiciel de modélisation géochimique : PHREEQC ® , le comportement des mâchefers lors des différentes phases du lavage. La modélisation montre une bonne cohérence entre les concentrations expérimentales et calculées pour certains éléments (Ca, S…). Elle permet aussi de comprendre l'évolution de différents ETM et d'anions (Cl-et SO4 2-), à travers la mise en évidence des mécanismes de dissolution et de précipitation des phases minéralogiques identifiées.

National audience; A l'échelle de sites de quelques km2, les modèles d'émission d'azote vers l'air et l'eau mobilisent des données de pratiques agricoles observées à l'échelle même de la parcelle. Beaucoup de données ont été acquises dans le cadre des observatoires de recherche en environnement (ORE Agrhys, SOERE RBV, ....). Sur ces sites il n'y a donc pas d'itinéraires techniques (ITK) ou de systèmes de culture (SdC) type, chaque exploitation et chaque parcelle étant décrite in extenso sur la base d'enquêtes. Passant à l'échelle des grands territoires, il est nécessaire d'élaborer une typologie des éléments productifs (parcelles agricoles) et inersticiels (zone humides, haies,....) du paysage agricole, pour informer des modèles territoriaux (Swat, Sénèque, Nutting, ...). La caractérisation des éléments du paysage agissant sur la rétention d'azote a été menée sur différents bassins versants selon une méthodologie basée sur les modèles de Markov cachés adaptés à des corpus de données hétérogènes combinant des variables de natures différentes (Lazrak et al., 2015). Concernant les sources de nitrate, la méthode s'appuie sur l'hypothèse que les successions culturales sont indicatrices du niveau de risques Nitrate, risque calculé à partir d'un bilan entrées - sorties d'azote et d'un indice de lixiviation basé sur le taux de couverture des sols durant la période de drainage hivernal. Les successions culturales ont été identifiées à partir i) du traitement, par chaine de Markov (Mari et al. 2013), des données RPG pour l'occupation des sols et du RGA 2010 pour la partie cheptels et bâtiments d'élevage, ii) de classifications proposées à dire d'expert pour les différents territoires et iii) des résultats d'enquêtes de terrain sur diverses zones agricoles, en complément de données déjà disponibles. Sur les trois bassins versants Grand Morin, Save et Haut Loir, largement dominés par les grandes cultures, la typologie, basée sur la seule succession culturale s'est avérée opérationnelle : aux différentes classes de la typologie correspondent des niveaux d'émission d'azote différents, avec une variabilité intra succession modérée (cv 20-30%). Sur le bassin versant du Blavet, la diversité des systèmes de production - élevages d'herbivores, granivores, grandes cultures, cultures fourragères et légumineuses, combinés de diverses manières - s'est traduite, pour les 8 successions choisies au départ, par une large variabilité intra succession, à la fois sur les soldes de bilans et sur les indices de lixiviation. Un travail complémentaire a permis de proposer une nouvelle typologie des SdC, par analyse en composante principale sur les variables caractérisant les successions de cultures et les flux d'azote mis en jeu : 4 classes principales ont été retenues, l'axe 1 opposant les SdC avec ou sans prairies aux SdC spécialisées avec ou sans légumes, (axe 1+), tandis que l'axe 2 oppose des SdC à émission d'azote faible (2-) ou élevée (2+). 14 classes et sous classes rassemblent ainsi des SdC porches en termes de succession et de niveau d'émission d'azote (avec des seuils 5, 20, 40 et 70 kg N émis/ha/an). Afin de les spatialiser ces clusters ont été rattachés à la typologie initiale de Lazrak, et en intégrant également les informations acquises sur les substrats et la topographie. Ces typologies permettent de décliner l'ensemble des scénarios retenus, en remplaçant les SdC réels par leurs équivalent optimisés en termes d'émission d'azote, avec des bilans proches de l'équilibre et une couverture des sols maximisée, pour le scénario "Pratiques optimisées", et en remplaçant les SdC les plus émetteurs par des SdC à faibles émissions, dominées par des prairies pâturées extensivement, mixtes ou fauchées. Ce remplacement peut être ciblé sur les zones les plus éméttrices, selon le scénario "dilution", ou sur les zones les plus rétentives (bas de versant) selon le scénario "rétention" (cf Laurène Casal et al.). En conclusion, les typologies élaborées dans le cadre du projet Escapade ont montré que dans les systèmes dominés par les grandes cultures les successions culturales et des éléments du paysage sont de bons proxy d'émissions d'azote vers l'eau, alors que dans les régions d'élevage, des données supplémentaires sur les systèmes de culture sont indispensable pour les prédire. En perspective, les typologies réalisées pourront, avec l'identification de clés de répartition des types de systèmes de production, permettrent de construire des scénarios combinant des performances environnementales et de durabilité économique et sociale, privilégiant économie et autonomie pour réduire les intrants et les coûts de production, déclinables pour les différents systèmes de production.

L’objectif de ce travail expérimental est l'étude de la durabilité des différentes compositions de mortiers de ciment avec et sans adjuvants, en substituant le sable naturel par le sable recyclé avec différents pourcentages volumiques de : 0, 15, 30, 50, 75 et 100 %. Les mélanges de mortiers ont été confectionné à base du ciment CEM I 52,5 et S/C=3,0. La plasticité de ces mortiers est maintenue constante en faisant un pré-mouillage du sable recyclé avec une quantité d’eau optimum de 9% du poids du sable. Les résultats obtenus montrent que l’incorporation du sable recyclé à un taux inférieur à 50% améliore la résistance en compression dans le temps. Avec un pourcentage de 30% de sable recyclé, la compacité du mortier est améliorée par l’effet filler. Les mortiers recyclés ont montré une résistance remarquable vis-à-vis aux agressions de l’acide sulfurique, particulièrement celui composé de 100% recyclé et non adjuvanté., Academic Journal of Civil Engineering, Vol 35 No 1 (2017): Special Issue - RUGC 2017 Nantes

In this work, we presents an experimental study to characterize the mechanical properties at the local scale of the cement paste-aggregate interface during hydration and during chemical degradation by leaching. It is generally accepted that the microstructure of the interface between the aggregates and the cement paste is characterized by a higher porosity than that of cement paste. This makes this zone a weak point in the concrete. The particular properties of this zone strongly influence the mechanical behavior of concrete. In this work, the mechanical properties of the cement paste-aggregate composite, are experimentally studied. The experimental tests are performed on composites at classical aggregate scale (one centimeter of section). These composite are composed by and Portland cement paste and aggregates. The cement paste is prepared with a water/cement ratio of 0.5. The shape of the prepared composites makes them convenient to characterize the cement paste-aggregate interface. At different stages of hydration, the composites are subjected to compression tests, direct tensile tests or shear tests by means of specific devices. The same tests were carried out on the cement paste in order to compare with composites results. The study of the mechanical properties at local scale revealed that the cement paste-aggregate interface is the weakest zone in the composite. An experimental protocol was developed to study the effects of calcium leaching mechanism at the cement paste-aggregate interface on the mechanical properties of the concrete. As the process of leaching with the deionised water occurs very slowly, the experimental study in the laboratory is accelerated by replacing the water by ammonium nitrate solution. To quantify the development and kinetics of degradation at the cemented bond, the concrete leaching fronts are characterized at different levels of degradation by using phenolphthalein. Local mechanical tests (compression, tensile and shear) are performed on composite and cement paste at different stages of degradation. The experimental results show that there is a leaching effect on the alteration of the mechanical properties at the cement paste-aggregate interface.; Cette étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat à l’état sain et à l’état dégradé par un mécanisme chimique de lixiviation. Dans le premier cas, on s’intéresse à l’évolution de ces propriétés en fonction du degré d’hydratation et, dans le second, en fonction du taux de dégradation. La microstructure de l’interphase est caractérisée par une porosité supérieure à celle de la pâte de ciment. Cette interphase constitue une zone de fragilité dans le béton. Ses propriétés affectent fortement le comportement mécanique du béton à l’échelle macroscopique et donc à l’échelle de la structure. Dans ce travail, la résistance de l’interphase est analysée expérimentalement à l’échelle locale. Des essais expérimentaux ont porté sur des composites constitués de granulats liés par une pâte de ciment portland préparée avec un rapport Eau/Ciment de 0,5. Des dispositifs expérimentaux spécifiques, conçus et réalisés pour les besoins de cette étude, ont permis de solliciter les composites directement au niveau de l’interphase. A différents degrés d’hydratation, des échantillons de pâte de ciment seule et des composites sont soumis à des essais de compression, de traction et de cisaillement direct. L’étude des propriétés mécaniques de l’interphase confirme la faiblesse de cette zone en termes de résistance et de rigidité. La dégradation par lixiviation du calcium au niveau de l’interphase a nécessité un protocole expérimental dédié. Compte tenu du temps caractéristique long du phénomène de lixiviation, la mise en situation expérimentale au laboratoire est accélérée en remplaçant l’eau par une solution de nitrate d’ammonium. Afin de quantifier le développementet la cinétique de dégradation au niveau de la liaison cimentée, les fronts de lixiviation du béton sont caractérisés en utilisant la phénolphtaléine comme traceur. À différents taux de dégradation, les mêmes essais locaux de compression, traction et cisaillement sont réalisés sur la pâte de ciment et sur les composites. L’analyse de l’effet de la lixiviation à l’échelle locale montre le rôle important de l’interphase lors du processus de dégradation chimique sur les propriétés mécaniques du composite.

In this work, we presents an experimental study to characterize the mechanical properties at the local scale of the cement paste-aggregate interface during hydration and during chemical degradation by leaching. It is generally accepted that the microstructure of the interface between the aggregates and the cement paste is characterized by a higher porosity than that of cement paste. This makes this zone a weak point in the concrete. The particular properties of this zone strongly influence the mechanical behavior of concrete. In this work, the mechanical properties of the cement paste-aggregate composite, are experimentally studied. The experimental tests are performed on composites at classical aggregate scale (one centimeter of section). These composite are composed by and Portland cement paste and aggregates. The cement paste is prepared with a water/cement ratio of 0.5. The shape of the prepared composites makes them convenient to characterize the cement paste-aggregate interface. At different stages of hydration, the composites are subjected to compression tests, direct tensile tests or shear tests by means of specific devices. The same tests were carried out on the cement paste in order to compare with composites results. The study of the mechanical properties at local scale revealed that the cement paste-aggregate interface is the weakest zone in the composite. An experimental protocol was developed to study the effects of calcium leaching mechanism at the cement paste-aggregate interface on the mechanical properties of the concrete. As the process of leaching with the deionised water occurs very slowly, the experimental study in the laboratory is accelerated by replacing the water by ammonium nitrate solution. To quantify the development and kinetics of degradation at the cemented bond, the concrete leaching fronts are characterized at different levels of degradation by using phenolphthalein. Local mechanical tests (compression, tensile and shear) are performed on composite and cement paste at different stages of degradation. The experimental results show that there is a leaching effect on the alteration of the mechanical properties at the cement paste-aggregate interface.; Cette étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat à l’état sain et à l’état dégradé par un mécanisme chimique de lixiviation. Dans le premier cas, on s’intéresse à l’évolution de ces propriétés en fonction du degré d’hydratation et, dans le second, en fonction du taux de dégradation. La microstructure de l’interphase est caractérisée par une porosité supérieure à celle de la pâte de ciment. Cette interphase constitue une zone de fragilité dans le béton. Ses propriétés affectent fortement le comportement mécanique du béton à l’échelle macroscopique et donc à l’échelle de la structure. Dans ce travail, la résistance de l’interphase est analysée expérimentalement à l’échelle locale. Des essais expérimentaux ont porté sur des composites constitués de granulats liés par une pâte de ciment portland préparée avec un rapport Eau/Ciment de 0,5. Des dispositifs expérimentaux spécifiques, conçus et réalisés pour les besoins de cette étude, ont permis de solliciter les composites directement au niveau de l’interphase. A différents degrés d’hydratation, des échantillons de pâte de ciment seule et des composites sont soumis à des essais de compression, de traction et de cisaillement direct. L’étude des propriétés mécaniques de l’interphase confirme la faiblesse de cette zone en termes de résistance et de rigidité. La dégradation par lixiviation du calcium au niveau de l’interphase a nécessité un protocole expérimental dédié. Compte tenu du temps caractéristique long du phénomène de lixiviation, la mise en situation expérimentale au laboratoire est accélérée en remplaçant l’eau par une solution de nitrate d’ammonium. Afin de quantifier le développementet la cinétique de dégradation au niveau de la liaison cimentée, les fronts de lixiviation du béton sont caractérisés en utilisant la phénolphtaléine comme traceur. À différents taux de dégradation, les mêmes essais locaux de compression, traction et cisaillement sont réalisés sur la pâte de ciment et sur les composites. L’analyse de l’effet de la lixiviation à l’échelle locale montre le rôle important de l’interphase lors du processus de dégradation chimique sur les propriétés mécaniques du composite.

High-level radioactive waste (HLW) remaining after spent nuclear fuel reprocessing is immobilized within a glass matrix, eventually destined for geological disposal. Water intrusion into the repository is expected after several thousand years. The alteration of a non-radioactive surrogate for nuclear glass has been extensively studied and it has been determined that successive leaching mechanisms lead to the formation of a “passivating” alteration layer and to the establishment of a residual rate regime in the long term. However, glass packages are submitted to the radioactivity of confined radioelements. This work focuses on the influence of irradiation on the alteration layer formed during the residual rate regime, in a structural and mechanistic point of view. Three focal areas have been selected. Non-radioactive simple glasses have been leached and externally irradiated in order to determine modifications induced by electronic effects (irradiations with electrons and alpha particles). The same type of glass samples have been previously irradiated with heavy ions and their leaching behavior have been studied in order to assess the impact of ballistic dose cumulated by the glass before water intrusion. Leaching behavior of a complex radioactive glass, doped with an alpha-emitter, has been studied to consider a more realistic situation., Les déchets nucléaires de haute activité, produits en France sous forme de colis de verre lors du traitement du combustible usé, sont destinés à être stockés en couche géologique profonde sur le long terme. L’arrivée de l’eau de l’environnement au contact du colis est prévue après quelques milliers d’années. De nombreuses études sur la durabilité d’un simulant non radioactif du verre industriel ont montré que le verre au contact de l’eau s’altère selon plusieurs régimes de vitesse, aboutissant à la formation d’une pellicule d’altération « passivante » et à l’instauration d’un régime de vitesse résiduelle sur le long terme. Cependant, la matrice vitreuse est soumise à la radioactivité des radioéléments qu’elle confine. Ce travail de thèse a pour objectif de se focaliser sur l’influence de l’irradiation sur la pellicule d’altération formée au cours de ce régime de vitesse résiduelle d’un point de vue structural et mécanistique. Dans ce but, la démarche choisie s’articule selon trois axes complémentaires. Des verres modèles simples non radioactifs ont été altérés et irradiés de façon externe afin d’observer les modifications engendrées par des effets électroniques (irradiations aux électrons et aux particules alpha).Le comportement à l’altération de ces mêmes types de verres, préalablement irradiés par des ions lourds, a été étudié de façon à appréhender l’impact de la dose balistique par le verre avant l’arrivée de l’eau. Enfin, l’altération d’un verre complexe dopé en émetteur alpha a été mise en œuvre afin de se rapprocher d’une situation plus réaliste.

An instrumented experimental bare soil site including three plots (90 m²) and six lysimeters (4 m²) has enabled to study the influence of repeated sewage sludge (SS) applications, as well as the same sewage sludge composted with green waste (SGW), on (i) the soil physicochemical and hydric properties ; (ii) the transport of bromide ions ; (iii) the organic carbon and nitrogen mineralization dynamics in soil. Finally, fitting the governing hydraulic parameters and the organic matter decomposition parameters in each soil horizon allowed a satisfying description of the experimentally observed water and bromide and nitrate ions transport in soil. These results will help conceive long-term agronomical scenarios aimed at providing more efficient answers to the new requirements of environmental protection and waste recycling policies.; Un dispositif en sol nu comprenant trois parcelles (90 m²) et six cases lysimétriques (4 m²) instrumentées a permis d’étudier l’influence d’apports répétés d’une boue de station d’épuration (BOUE) et de la même boue compostée avec des déchets verts (DVB) sur (i) les modifications des propriétés physico-chimiques et hydriques du sol ; (ii) le transport des ions bromures ; (iii) la dynamique de minéralisation du carbone et de l’azote organiques dans le sol. Finalement, le calage des paramètres hydrodynamiques et de décomposition de la matière organique dans le sol, propres à chaque horizon des profils de sols instrumentés, a permis une description satisfaisante de la dynamique hydrique et du transport des ions bromures et nitrates observés expérimentalement. Ces résultats aideront à l’adaptation de scénarios agronomiques sur le long terme pour répondre plus efficacement aux problématiques liées aux nouvelles exigences de recyclage des déchets et de protection de l’environnement.

An instrumented experimental bare soil site including three plots (90 m²) and six lysimeters (4 m²) has enabled to study the influence of repeated sewage sludge (SS) applications, as well as the same sewage sludge composted with green waste (SGW), on (i) the soil physicochemical and hydric properties ; (ii) the transport of bromide ions ; (iii) the organic carbon and nitrogen mineralization dynamics in soil. Finally, fitting the governing hydraulic parameters and the organic matter decomposition parameters in each soil horizon allowed a satisfying description of the experimentally observed water and bromide and nitrate ions transport in soil. These results will help conceive long-term agronomical scenarios aimed at providing more efficient answers to the new requirements of environmental protection and waste recycling policies., Un dispositif en sol nu comprenant trois parcelles (90 m²) et six cases lysimétriques (4 m²) instrumentées a permis d’étudier l’influence d’apports répétés d’une boue de station d’épuration (BOUE) et de la même boue compostée avec des déchets verts (DVB) sur (i) les modifications des propriétés physico-chimiques et hydriques du sol ; (ii) le transport des ions bromures ; (iii) la dynamique de minéralisation du carbone et de l’azote organiques dans le sol. Finalement, le calage des paramètres hydrodynamiques et de décomposition de la matière organique dans le sol, propres à chaque horizon des profils de sols instrumentés, a permis une description satisfaisante de la dynamique hydrique et du transport des ions bromures et nitrates observés expérimentalement. Ces résultats aideront à l’adaptation de scénarios agronomiques sur le long terme pour répondre plus efficacement aux problématiques liées aux nouvelles exigences de recyclage des déchets et de protection de l’environnement.

Weeds are usually considered as harmful for crops but they are essential for biodiversity. Indicators were already developed using the model FLORSYS (Colbach et al., 2014) to evaluate the cropping system in term of harmfullness or benefits related to weed flora. We thus propose a new indicator to evaluate the potential of pesticide retention by weed flora and its impact on pesticide transfer into the environment. The indicator is divided in two parts i) herbicide application efficiency (herbicides interception by weeds), ii) plant uptake for the others pesticides. Several cropping systems have been simulated with the FLORSYS model. Preliminary results have been analyzed using the tree regression method to study the impact of cultivation technics or its combination on the indicator. We thus try to evaluate cropping system which maximize the pesticide retention potential., Les adventices sont souvent considérées comme nuisibles, mais peuvent également être source de biodiversité. Des indicateurs ont déjà été développés à partir du modèle FLORSYS (Colbach et al., 2014) pour évaluer les systèmes de culture en terme de nuisibilité ou de bénéfice associés à la flore adventice. Nous proposons dans cette étude un nouvel indicateur pour évaluer le potentiel de rétention des pesticides par les adventices et son impact sur le transfert vers l’environnement. Il se décline en deux aspect i) efficience de l’application des herbicides (interception des herbicides par la plante), ii) rétention des autres pesticides (insecticides et fongicides). Différents systèmes de cultures ont été simulés avec le modèle FLORSYS. Des résultats préliminaires ont été analysés à l’aide de la méthode des arbres de régression pour étudier l’impact des techniques ou combinaison de techniques culturales sur l’indicateur et évaluer les systèmes de cultures qui permettent de maximiser le potentiel de rétention des pesticides.

Nuclear forensics aims at determining the age, provenance as well as industrial or storage history of uranium ores and uranium ore concentrates that are part of the nuclear fuel cycle. Several potential tracers have already been identified for this purpose. However, these tracers are not providing always unambiguous information. This study is focused on establishing Mo isotopes as a new tracer of uranium ore provenance and of ore processing for its application in nuclear forensics. Molybdenum and uranium share a number of common geochemical properties. In the nuclear fuel cycle, molybdenum is an impurity that is difficult to separate during uranium extraction and purification processes, while its concentration is required to be lower than some specification limits. We focused this study on the first part of the nuclear fuel cycle, from the uranium ores extraction to the production of uranium ore concentrates.We developed an enhanced separation method for Mo from a uranium-rich matrix (uranium ores, uranium minerals, uranium ore concentrates) in order to analyze the mass fractionation induced by processes typical of the nuclear fuel cycle. Molybdenum isotopic compositions in uranium ores depend of adsorption and precipitation processes. The δ98Mo values of sedimentary uranium ores is shifted to negative values relative to magmatic ores. This provides a means of distinguishing these types of uranium ores. Uranium ores concentrates produced from both uranium ore natures (magmatic and sedimentary) have Mo isotope compositions similar to the uranium ores. These results suggest that molybdenum isotopes have a strong potential of as a tracer for identifying the origin of the uranium ore concentrates. However, Mo isotopes fractionations were established during the production of uranium ore concentrates in the both Niger mills. We reproduced in laboratory the lixiviation, solvent extraction and precipitation processes to explain these observations. The Mo isotopes fractionation is positive for the lixiviation process, negative for the solvent extraction and precipitation with hydrogen peroxide, and null for ammonia precipitation. In the case of the Niger samples, the sum of these processes is negative and agrees with our experimental data. Mo isotopes have a strong potential as a tracer for identifying the origin and transformation of uranium in the nuclear fuel cycle, in the framework of nuclear forensics., Au cours de ces dernières décennies, des études ont étés menées pour identifier plusieurs traceurs des matériaux du cycle du combustible nucléaire, dans le cadre de la lutte contre la prolifération nucléaire. Ces matériaux sont généralement collectés lors d’inspections dans des installations nucléaires, ou saisis lors de contrôles de trafics illicites. Les informations fournies par ces traceurs sont parcellaires et ne permettent pas de déterminer avec exactitude la provenance et l’historique industriel de ces matériaux.Le but de ce travail de thèse est de démontrer le potentiel de l’utilisation des isotopes du molybdène pour le traçage des matériaux du cycle du combustible nucléaire. Le choix s’est porté sur le molybdène car en raison de la similarité de leurs propriétés chimiques, le molybdène et l’uranium sont étroitement associés dans les minerais d’uranium et tout au long de la chaîne de purification de l’uranium. L’étude s’est focalisée sur une partie de l’amont du cycle du combustible, depuis l’extraction des minerais d’uranium jusqu’à la production des concentrés miniers d’uranium : divers procédés physiques et chimiques sont appliqués, à la fois pour purifier l’uranium et abaisser la concentration en molybdène.Au cours de cette étude, une nouvelle méthode de séparation du molybdène a été développée pour caractériser sa composition isotopique dans des minerais, minéraux et concentrés miniers d’uranium. La variabilité des compositions isotopiques du molybdène dans un gisement d’uranium est principalement due aux mécanismes d’adsorption et/ou de précipitation du molybdène. Les gisements magmatiques et sédimentaires ont des compositions isotopiques différentes, ce qui permet ainsi leurs distinctions. Les concentrés miniers d’uranium produits à partir de ces deux types de gisements ont des compositions isotopiques similaires aux minerais. Ces résultats soulignent ainsi le potentiel des isotopes du molybdène comme traceur des origines des concentrés miniers d’uranium. Cependant, un fractionnement des isotopes du molybdène a été établi lors de la production des concentrés miniers d’uranium pour deux usines au Niger. Les procédés de purification de l’uranium tels que la lixiviation, l’extraction par solvant et la précipitation ont été reproduits en laboratoire sur des échantillons réels pour expliquer le fractionnement isotopique du molybdène lors de la production des concentrés miniers. Au cours de ces procédés, le fractionnement peut être positif (lixiviation), négatif (extraction par solvant, précipitation à l’eau oxygénée) ou nul (précipitation à l’ammoniaque). Dans le cas des échantillons du Niger, la somme de ces procédés est négative, dans le sens des données expérimentales que nous avons obtenues, démontrant ainsi également le potentiel de l’utilisation des isotopes du molybdène comme traceur des procédés de transformations des matériaux du cycle du combustible nucléaire.

During the XIXth and XXth centuries, steel industry has been one of the main sources of wealth in France. However, ferromanganese manufacturing has produced huge quantities of wastes, for instance after blast-furnace gas washing. The residual sludge, containing high concentrations of zinc (Zn), manganese (Mn) and lead (Pb) (5 to 40 wt %), has been deposited in ponds, in the vicinity of steel-making plants. Since plant closure, these fields have been left untouched; some of them, like in Pompey (Lorraine) have been colonized by vegetation. These sites may be considered as a threat to health and environment and should be cleaned up. Nevertheless, with awareness of metal shortage, these ponds may be considered as deposits of secondary resources. This works aims at designing a hydrometallurgical process to extract Zn, Mn and Pb from these residues and recover them in a valuable form, while decontaminating the sites. At first, experiments have enabled us to determine the optimal conditions (acid concentration, duration, temperature, reactant addition, pulp density) to extract selectively Zn and Mn from the sludge and leave a Pb-rich residue. Then, Zn was recovered as ZnO or ZnS after precipitation or as Zn after electrowinning. Mn was recovered as MnCO3 at an acceptable purity. A technico-economic study has been done to assess the industrial interest of the process, Entre le milieu du XIXème et du XXème siècle, le secteur sidérurgique a été l’une des principales sources de richesse en France. Toutefois, la production de ferromanganèse a généré une quantité considérable de déchets, notamment lors du lavage des fumées des hauts fourneaux. Ces boues d’épuration, riches en zinc (Zn), manganèse (Mn) et plomb (Pb) (5 à 40% en masse), ont été déposées dans des bassins de décantation en périphérie des sites sidérurgiques. Depuis la fermeture des usines, ces terrains sont restés en l’état et certains, comme à Pompey (Lorraine), ont été progressivement colonisés par la végétation. Compte tenu des risques sanitaires liés aux concentrations en métaux, une décontamination semble inévitable. Néanmoins, on prend conscience aujourd’hui de l’épuisement des ressources, et ces bassins apparaissent comme un gisement de ressources secondaires. Ce travail vise à développer un procédé hydrométallurgique pour extraire Zn, Mn et Pb de ces résidus, dans l’optique de récupérer ces métaux sous forme pure et revalorisable, tout en décontaminant ces sites. Tout d’abord, les expériences ont permis déterminer les conditions optimales (quantité d’acide, temps, température, ajout de réactifs, densité de pulpe) pour parvenir à extraire sélectivement Zn et Mn contenus dans les boues et former un résidu riche en Pb. Le Zn a été ensuite récupéré sous forme de ZnO ou ZnS par précipitation ou sous forme métallique par électrodéposition. Enfin, le Mn a été précipité sous forme de MnCO3 avec une concentration acceptable en impuretés. Une étude technico-économique a été réalisée pour évaluer l’intérêt de l’industrialisation du procédé

To assess the performance of direct disposal of spent fuel in a nuclear waste repository, researches are performed on the long-term behavior of spent fuel (UOx and MOx) under environmental conditions close to those of the French disposal site. The objective of this study is to determine whether the geochemistry of the Callovian-Oxfordian (COx) clay geological formation and the steel overpack corrosion (producing iron and hydrogen) have an impact on the oxidative dissolution of the (U,Pu)O2 matrix under alpha radiolysis of water.Leaching experiments have been performed with UO2 pellets doped with alpha emitters (Pu) and MIMAS MOx fuel (un-irradiated or spent fuel) to study the effect of the COx groundwater and of the presence of metallic iron upon the oxidative dissolution of these materials induced by the radiolysis of water. Results indicate an inhibiting effect of the COx water on the oxidative dissolution. In the presence of iron, two different behaviors are observed. Under alpha irradiation as the one expected in the geological disposal, the alteration of UO2 matrix and MOx fuel is very strongly inhibited because of the consumption of radiolytic oxidative species by iron in solution leading to the precipitation of Fe(III)-hydroxides on the pellets surface. On the contrary, under a strong beta/gamma irradiation field, alteration tracers indicate that the oxidative dissolution goes on and that uranium concentration in solution is controlled by the solubility of UO2(am,hyd). This is explained by the shifting of the redox front from the fuel surface to the bulk solution not protecting the fuel anymore. The developed geochemical (CHESS) and reactive transport (HYTEC) models correctly represent the main results and occurring mechanisms.; Afin d’évaluer les performances du combustible irradié en situation de stockage géologique, des recherches sont menées sur le comportement à long terme des combustibles irradiés (UOx et MOx) en conditions environnementales se rapprochant de celles du site de stockage français. L’objectif de cette thèse est de déterminer si la géochimie de la couche géologique d'argilites du Callovo-Oxfordien (COx) et la corrosion des conteneurs en acier (produisant du fer et de l'hydrogène) ont un impact sur la dissolution oxydante de la matrice (U,Pu)O2 sous radiolyse alpha de l’eau.Des expériences de lixiviation ont été réalisées avec des pastilles de UO2 dopées en émetteurs alpha (Pu) et du combustible MOx MIMAS (non irradié ou irradié en réacteur) afin de mettre en évidence l’influence de l’eau du COx et de la présence de fer métallique sur la dissolution oxydante de ces différents matériaux induite par la radiolyse de l’eau. Les résultats indiquent un effet inhibiteur de l’eau du COx sur la dissolution oxydante de la matrice UO2. D’autre part en présence de fer, deux régimes différents sont observés. Sous irradiation alpha dominante telle que celle attendue en stockage géologique, la dissolution oxydante de la matrice UO2 et du combustible MOx est très fortement inhibée du fait de la consommation des espèces radiolytiques oxydantes par le fer en solution avec précipitation d’hydroxydes de Fe(III) à la surface des pastilles. En revanche, sous forte irradiation beta/gamma comme dans le cas du combustible irradié, les traceurs de l’altération indiquent que celle-ci se poursuit en présence de fer tandis que la concentration en uranium en solution est contrôlée par la solubilité de UO2(am,hyd). Ceci est expliqué par le déplacement du front redox de la surface du combustible vers la solution homogène ne protégeant plus le combustible. Les modèles géochimique (code CHESS) et de transport réactif (code HYTEC) développés représentent correctement les principaux résultats et mécanismes mis en jeu.