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The need for nature in the city, the craze for "healthy eating" and difficult socio-economic contexts contribute to the development of gardening in (peri-)urban areas. Communities are regularly solicited for the creation of collective gardens. However, due to their environmental and historical contexts, the soils of vegetable gardens are complex environments, still little known; their functioning can be strongly disturbed by physical, chemical and biological degradation. Their contamination can even present health hazards, particularly in connection with the ingestion of soil particles or vegetables. Among the techniques that can improve the functioning of soils and influence the behavior of pollutants, especially metallic ones, the addition of amendments such as green waste compost, phosphate and carbonate products, natural or synthetic zeolites, or industrial by-products (red mud, iron shot, iron oxy-hydroxides) are cited as being able to reduce the mobility and bioavailability of metallic elements. However, the effectiveness of these amendments and their durability are still in question. The management of amendments, whether organic or mineral, raises questions since they may contain metallic and/or organic contaminants. However, the use of soil amendments as a method of managing vegetable garden soils and the health risks on amended soils are still relatively unstudied.The subject of this thesis is to study the interest of organic and mineral amendments to manage urban vegetable garden soils with moderate anthropogenic contamination. The aim is to evaluate the potential of these amendments (used alone or in mixtures) to reduce in a sustainable way the phyto-availability of metallic pollutants as well as the exposure of gardeners and their families. In situ experiments will be carried out in different environmental and urban contexts and will be based on ex situ experiments aimed at selecting the choice of the studied amendments.; Le besoin de nature en ville, l'engouement pour le « manger sain » et le contexte socio-économique difficile contribuent au développement du jardinage en milieu (péri)-urbain. Les collectivités sont régulièrement sollicitées pour la création de jardins collectifs. Or, de par leurs contextes environnementaux et historiques, les sols de potagers sont des milieux complexes, encore peu connus ; leurs fonctionnements peuvent être fortement perturbés par des dégradations physiques, chimiques et biologiques. Leur contamination peut même présenter un danger sanitaire notamment, en lien avec l'ingestion de particules de terre ou de légumes. Parmi les techniques pouvant améliorer le fonctionnement des sols et influer sur le comportement des polluants, notamment métalliques, l'ajout d'amendements tels que le compost de déchets verts, les produits phosphatés et carbonatés, les zéolites naturelles ou synthétiques, ou les sous-produits industriels (boues rouges, grenailles de fer, oxy-hydroxydes de fer) sont cités comme pouvant réduire la mobilité et la biodisponibilité des éléments métalliques. Se posent néanmoins les questions de l'efficacité de ces amendements et sa pérennité. La gestion des amendements, qu'ils soient organiques ou minéraux, pose toutefois question puisque ces derniers peuvent présenter des contaminants métalliques et/ou organiques. Or, le recours aux amendements comme méthode de gestion des sols de potagers et les risques sanitaires sur sols amendés restent encore assez peu étudiés.Le sujet de la thèse vise à étudier l'intérêt d'amendements organique et minéraux, pour gérer des sols de potagers urbains présentant des contaminations anthropiques modérées. Il s'agit d'évaluer le potentiel de ces amendements (utilisés seuls ou en mélange) pour réduire de façon durable la phytodisponibilité des polluants métalliques ainsi que l'exposition des jardiniers et de leur famille. Des expérimentations in situ seront réalisées dans différents contextes environnementaux et urbains et s'appuieront en amont sur des expérimentations ex situ visant à sélectionner le choix des amendements étudiés.

The need for nature in the city, the craze for "healthy eating" and difficult socio-economic contexts contribute to the development of gardening in (peri-)urban areas. Communities are regularly solicited for the creation of collective gardens. However, due to their environmental and historical contexts, the soils of vegetable gardens are complex environments, still little known; their functioning can be strongly disturbed by physical, chemical and biological degradation. Their contamination can even present health hazards, particularly in connection with the ingestion of soil particles or vegetables. Among the techniques that can improve the functioning of soils and influence the behavior of pollutants, especially metallic ones, the addition of amendments such as green waste compost, phosphate and carbonate products, natural or synthetic zeolites, or industrial by-products (red mud, iron shot, iron oxy-hydroxides) are cited as being able to reduce the mobility and bioavailability of metallic elements. However, the effectiveness of these amendments and their durability are still in question. The management of amendments, whether organic or mineral, raises questions since they may contain metallic and/or organic contaminants. However, the use of soil amendments as a method of managing vegetable garden soils and the health risks on amended soils are still relatively unstudied.The subject of this thesis is to study the interest of organic and mineral amendments to manage urban vegetable garden soils with moderate anthropogenic contamination. The aim is to evaluate the potential of these amendments (used alone or in mixtures) to reduce in a sustainable way the phyto-availability of metallic pollutants as well as the exposure of gardeners and their families. In situ experiments will be carried out in different environmental and urban contexts and will be based on ex situ experiments aimed at selecting the choice of the studied amendments.; Le besoin de nature en ville, l’engouement pour le « manger sain » et le contexte socio-économique difficile contribuent au développement du jardinage en milieu (péri)-urbain. Les collectivités sont régulièrement sollicitées pour la création de jardins collectifs. Or, de par leurs contextes environnementaux et historiques, les sols de potagers sont des milieux complexes, encore peu connus ; leurs fonctionnements peuvent être fortement perturbés par des dégradations physiques, chimiques et biologiques. Leur contamination peut même présenter un danger sanitaire notamment, en lien avec l’ingestion de particules de terre ou de légumes. Parmi les techniques pouvant améliorer le fonctionnement des sols et influer sur le comportement des polluants, notamment métalliques, l’ajout d’amendements tels que le compost de déchets verts, les produits phosphatés et carbonatés, les zéolites naturelles ou synthétiques, ou les sous-produits industriels (boues rouges, grenailles de fer, oxy-hydroxydes de fer) sont cités comme pouvant réduire la mobilité et la biodisponibilité des éléments métalliques. Se posent néanmoins les questions de l’efficacité de ces amendements et sa pérennité. La gestion des amendements, qu’ils soient organiques ou minéraux, pose toutefois question puisque ces derniers peuvent présenter des contaminants métalliques et/ou organiques. Or, le recours aux amendements comme méthode de gestion des sols de potagers et les risques sanitaires sur sols amendés restent encore assez peu étudiés.Le sujet de la thèse vise à étudier l’intérêt d’amendements organique et minéraux, pour gérer des sols de potagers urbains présentant des contaminations anthropiques modérées. Il s’agit d’évaluer le potentiel de ces amendements (utilisés seuls ou en mélange) pour réduire de façon durable la phytodisponibilité des polluants métalliques ainsi que l’exposition des jardiniers et de leur famille. Des expérimentations in situ seront réalisées dans différents contextes environnementaux et urbains et s’appuieront en amont sur des expérimentations ex situ visant à sélectionner le choix des amendements étudiés.

In water treatment systems described as "nature-based solutions" the retention of suspended solids can lead to the formation of a surface deposit layer. Both from the point of view of its capacity to interact with the pollutants during its presence on the treatment unit, and during its reuse, notably in land application after curing, pollutants speciation within the deposits and their prossess of remobilization are questioned. The objectives of this work was to better describe the organo-mineral assemblage of these deposits and to provide a better understanding of the influence of colloidal phases on the remobilization of major and trace elements in order to be able to provide predictive models on the remobilization of pollutants from deposits subjected to pH variations. A vertical flow constructed wetland sludge deposit was subjected to different pH conditions and the colloidal phases were studied. Remobilization of organic colloidal phases was found to be particularly sensitive to pH changes. In the acidic pH range, small organic molecules (< 3 kDa) are predominantly remobilized from the deposits. For near-neutral and alkaline pH, large organic colloids (>30 kDa) prevail in solution. This release of organic matter seems to favor the remobilization of iron and aluminum oxides within organo-mineral colloids. The nature and quantity of the remobilized colloidal phases have a large influence on the release of major and trace elements from the constructed wetland’s sludge deposits. However, the affinity of the elements for these colloidal phases is also controlled by the chemical class of the element considered, its oxidation state and the pH of the solution. The use of these experimental data allowed the development and calibration of a multi-surface geochemical model able to reproduce the release and speciation of a wide range of elements (Fe, Al, P, Ca, Mg, Cu, Cd, Cr, Zn, Pb, As) retained within a reed filter sludge. Due to the high concentration of organic matter measured in the sludge and their importance in the release and speciation of elements, the modeling of metal complexation on organic matter by WHAM-ModelVII has been the subject of numerous experiments. The modeling tests combined with the ultrafiltration results allowed to obtain a ratio of active organic matter allowing to improve the prediction of the elemental concentrations. In order to evaluate the robustness of the methodology used on this first sludge, the modeling strategy was applied to other samples. The multisurface models developed in this thesis have all shown their efficiency in calculating the release of many elements whatever the pH conditions and despite very variable initial constitutions. The information provided by this thesis have been fundamental in understanding the risks associated with the emission of trace metals in particular. In time these models could therefore be part of the decision supporting tools available to managers of these solid deposits., Dans les systèmes de traitement des eaux qualifiés de « solutions fondées sur la nature » la rétention des particules en suspensions peut conduire à la formation d’une couche de dépôts de surface. Tant du point de vue de sa capacité à interagir avec les polluants lors de sa présence sur l’unité de traitement, que lors de sa réutilisation notamment en épandage après curage, la spéciation des éléments au sein de ces dépôts et les mécanismes de remobilisation des polluants interrogent. Ce travail avait pour objectifs de mieux décrire l’assemblage organo-minéral de ces matrices et de fournir une meilleure compréhension de l’influence des phases colloïdales sur la remobilisation d’éléments majeurs et traces afin de pouvoir fournir des modèles de prédictions sur la remobilisation de polluants des dépôts soumis à des variations de pH. Un dépôt de surface de filtre planté de roseaux à écoulement vertical a été soumis à différentes conditions de pH et les phases colloïdales ont été étudiées. La remobilisation de phases colloïdales organiques s’est montrée particulièrement sensible aux variations de pH. Dans la gamme de pH acide, de petites molécules organiques (< 3 kDa) sont majoritairement remobilisées des dépôts. Pour des pH proches de la neutralité et alcalins, les gros colloïdes organiques (> 30 kDa) prévalent en solutions. Ce relargage de matière organique semble favoriser la remobilisation d’oxydes de fer et d’aluminium au sein de colloïdes organo-minéraux. La nature et la quantité des phases colloïdales remobilisées exercent une large influence sur le relargage d’éléments majeurs et traces depuis les dépôts de filtre planté de roseaux. Cependant, l’affinité des éléments pour ces phases colloïdales est aussi contrôlée par la classe chimique de l’élément considéré, son état d’oxydation ainsi que le pH de la solution. L’utilisation de ces données expérimentales a permis le développement et la calibration d’un modèle géochimique multi-surfacique capable de reproduire la spéciation d’une large gamme d’éléments (Fe, Al, P, Ca, Mg, Cu, Cd, Cr, Zn, Pb, As) contenue au sein d’une boue de filtre planté et ainsi de reproduire le relargage de ces éléments. De par la concentration importante en matière organique mesurée dans la boue et leur importance dans le relargage et la spéciation des éléments, la modélisation de la complexation des métaux sur la matière organique par WHAM-ModelVII a fait l’objet d’un développement particulier. Afin d’évaluer la robustesse de la méthodologie employée sur cette première boue, la stratégie de modélisation a été appliquée à d’autres échantillons. Les modèles multisurfaciques développés dans cette thèse ont tous montré leur efficacité à calculer le relargage de nombreux éléments quel que soit les conditions de pH et malgré des concentrations initiales en élément majeurs et traces très variables.

The advent of nanotechnology is a major scientific revolution of the 21st-century, involving the manipulation and characterization of matter at the nanoscale to design new high performance nanocomposites. The application of nanotechnologies in different fields has made it possible to develop and propose promising, effective and often unexpected solutions. Particularly, in the field of sensors, nanotechnologies have open new fields of research allowing the development of miniaturized devices, inexpensive, highly efficient sensors. The objective of this work is to study new nanocomposites based on polypyrrole and nanoparticles of carbon as well as their applications as electrochemical sensors. Simple approaches have been used to combine the unique properties of different materials to obtain new high-performance nanocomposite electrodes, by combining, in particular, the unique properties of ionic liquids or bismuth films with polymer films. The electrochemical and electrogravimetric behavior of polypyrrole films and their nanocomposites has been studied by various electrochemical techniques including electrochemical impedance, cyclic electrogravimetry and ac-electrogravimetry. Ion transfers and electrochemical mechanisms at modified electrode/electrolyte interfaces have been reported, for the first time, using ac-electrogravimetric measurements, consisting in coupling simultaneously the gravimetric measurements of the quartz microbalance with those of the electrochemical impedance.The originality of this work consists in the elaboration and the characterization of electrodes modified with new nanocomposite films as well as their applications as electrochemical sensors for detection of traces of metallic ions in environmental and food samples.; L’avènement des nanotechnologies constitue une révolution scientifique majeure du XXIe siècle. Elles impliquent la manipulation et la caractérisation de la matière à l’échelle nanométrique afin de concevoir de nouveaux nanocomposites de hautes performances. L’application des nanotechnologies dans différents domaines a permis de développer et de proposer des solutions prometteuses, efficaces et souvent inattendues. En particulier dans le domaine des capteurs, les nanomatériaux ont ouvert de nouvelles pistes de recherches permettant le développement de dispositifs miniaturisés, peu coûteux et très efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier de nouveaux nanocomposites à base de polypyrrole et de nanoparticules de carbone et leurs applications comme capteurs électrochimiques de polluants métalliques. Plusieurs approches simples ont été appliquées pour combiner les propriétés uniques de différents matériaux afin d’obtenir des électrodes à base de nouveaux nanocomposites de haute performance, en associant, notamment les propriétés uniques des liquides ioniques ou des films de bismuth à des films de polymère. Le comportement électrochimique et électrogravimétrique des films et les nanocomposites conçus a été étudié par différentes techniques électrochimiques dont l’impédance électrochimique, l’électrogravimétrie cyclique et l’ac-électrogravimétrie. Les transferts ioniques et les mécanismes électrochimiques qu’ont lieu à l’interface électrode modifiée/électrolyte ont été examinés pour la première fois, grâce aux mesures d'ac-électrogravimétrie, qui résultent du couplage simultané de mesures gravimétriques de la microbalance à quartz et d’impédance électrochimique.L’originalité de ce travail consiste donc en l’élaboration et la caractérisation d’électrode à base de nouveaux nanocomposites et de leurs applications comme capteurs électrochimiques peu coûteux, faciles à préparer, très sensibles, reproductibles et stables pour la détection des traces d’ions métalliques dans des échantillons environnementaux et alimentaires.

The advent of nanotechnology is a major scientific revolution of the 21st-century, involving the manipulation and characterization of matter at the nanoscale to design new high performance nanocomposites. The application of nanotechnologies in different fields has made it possible to develop and propose promising, effective and often unexpected solutions. Particularly, in the field of sensors, nanotechnologies have open new fields of research allowing the development of miniaturized devices, inexpensive, highly efficient sensors. The objective of this work is to study new nanocomposites based on polypyrrole and nanoparticles of carbon as well as their applications as electrochemical sensors. Simple approaches have been used to combine the unique properties of different materials to obtain new high-performance nanocomposite electrodes, by combining, in particular, the unique properties of ionic liquids or bismuth films with polymer films. The electrochemical and electrogravimetric behavior of polypyrrole films and their nanocomposites has been studied by various electrochemical techniques including electrochemical impedance, cyclic electrogravimetry and ac-electrogravimetry. Ion transfers and electrochemical mechanisms at modified electrode/electrolyte interfaces have been reported, for the first time, using ac-electrogravimetric measurements, consisting in coupling simultaneously the gravimetric measurements of the quartz microbalance with those of the electrochemical impedance. The originality of this work consists in the elaboration and the characterization of electrodes modified with new nanocomposite films as well as their applications as electrochemical sensors for detection of traces of metallic ions in environmental and food samples.; L’avènement des nanotechnologies constitue une révolution scientifique majeure du XXIe siècle. Elles impliquent la manipulation et la caractérisation de la matière à l’échelle nanométrique afin de concevoir de nouveaux nanocomposites de hautes performances. L’application des nanotechnologies dans différents domaines a permis de développer et de proposer des solutions prometteuses, efficaces et souvent inattendues. En particulier dans le domaine des capteurs, les nanomatériaux ont ouvert de nouvelles pistes de recherches permettant le développement de dispositifs miniaturisés, peu coûteux et très efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier de nouveaux nanocomposites à base de polypyrrole et de nanoparticules de carbone et leurs applications comme capteurs électrochimiques de polluants métalliques. Plusieurs approches simples ont été appliquées pour combiner les propriétés uniques de différents matériaux afin d’obtenir des électrodes à base de nouveaux nanocomposites de haute performance, en associant, notamment les propriétés uniques des liquides ioniques ou des films de bismuth à des films de polymère. Le comportement électrochimique et électrogravimétrique des films et les nanocomposites conçus a été étudié par différentes techniques électrochimiques dont l’impédance électrochimique, l’électrogravimétrie cyclique et l’ac-électrogravimétrie. Les transferts ioniques et les mécanismes électrochimiques qu’ont lieu à l’interface électrode modifiée/électrolyte ont été examinés pour la première fois, grâce aux mesures d'ac-électrogravimétrie, qui résultent du couplage simultané de mesures gravimétriques de la microbalance à quartz et d’impédance électrochimique. L’originalité de ce travail consiste donc en l’élaboration et la caractérisation d’électrode à base de nouveaux nanocomposites et de leurs applications comme capteurs électrochimiques peu coûteux, faciles à préparer, très sensibles, reproductibles et stables pour la détection des traces d’ions métalliques dans des échantillons environnementaux et alimentaires.

International audience; Des structures cryogéniques organisées en réseaux polygonaux de 20 à 30 m ont été mises en évidence dans les sols de la plaine de Pierrelaye-Bessancourt. L'affaissement/déformation des horizons E et BT dans les structures cryogéniques témoigne d'une pédogenèse ancienne intervenue avant la mise en place des cryoturbations lors de la dernière période périglaciaire. Par ailleurs, des revêtements minces d'argile limpides dans la partie supérieure du BT ainsi que des accumulations calcaires disposées en larges bandes horizontales, donc non affectées par la cryoturbation, témoignent eux d'une pédogénèse plus récente, post-cryogénies, durant l'Holocène. Sous épandages d'eaux usées, les sols présentent des traits pédologiques spécifiques qui n'apparaissent jamais dans les sols hors du périmètre : la dégradation des revêtements d'argile, la formation de ferranes et manganes, et le blanchiment de l'horizon E. Ces traits pédologiques témoignent d'une évolution pédologique récente, liée aux grands volumes d'eaux usées (≈ 2000 mm par an), qui ont traversés ces sols durant le 20ième siècle. La configuration des structures cryogéniques conduit à des conditions hydrodynamiques contrastées à l'échelle décamétrique. L'impact sur le transfert de métaux vers le substratum est attesté par des teneurs plus élevées en métaux (Zn et Cu) dans la fraction réactive fine des substrats calcaires à l'écart des structures invaginées.

National audience; In the Pierrelaye-Bessancourt area (figure 1), polygonal patterns of deep cryoturbated structures of 20 - 30 m wide (figure 2) were demonstrated at depth in the soil cover. The occurrence of such millennial polygonal structures raises questions about the local hydro-dynamic conditions and their impact on migration of pollutants accumulated during one century of intensive spreading urban waste water in the area. To unravel such complex environmental issues, we used a combined geophysical and pedological approach including electric resistivity mapping, pedological survey in deep trenches, mineralogical and geochemical analyses, micromorphology and X-ray microfluorescence applied to different study scales : irrigation fields, soil profiles and soil constituents. The polygon structures contained 1 - 2 m deep and 3 - 5 m large infoldings of the E and BT horizons, delimited from the calcareous substrate, i.e. calcareous greenish glauconitic sands (Cs) and fragmented limestone (Rca) by a continuous limestone clast layer forming a stone-line (figure 3, figure 4). Such a concordant geometry of deformed soil horizons and carbonate substrates points to a paleo-pedogenesis developed before the latest periglacial period. Several pedofeatures originating from frost activity in the infolded BT horizon were observed in soil thin sections (figure 5), such as infillings of former ice lenses by large and thick laminated clay coatings, vertically oriented carbonate clasts due to frost jacking, frost folded and shattered thick clay coatings, as well as frost shattered glauconite grains. However, secondary carbonate layers (figure 3), occurring in the substrate as horizontally extended bands were unaffected by cryoturbation, indicating that decarbonation of the soil cover occurred a posteriori, likely concomitant with the development of Néoluvisols during the Holocene. During this second stage of pedogenesis, thin, yellow-orange, limpid and translucent clay-iron coatings were formed around sand grains and in pores in the upper part of the BT horizon (figure 7). Remarkable macromorphological characteristics and microscopic pedofeatures were detected in soils under long-term wastewater irrigation, but such features were absent in soils outside the wastewater irrigation area, pointing to an anthropogenic induced origin. They illustrate major pedological modifications that took place during the 20th century : a) bleaching of the E horizon (figure 6) with a local occurrence of thin, bow-like iron-accumulation bands (figure 6) ; b) geochemical degradation of clay-iron coatings (figure 7) ; c) redistribution of iron compounds and formation of pure iron coatings (ferrans, figure 7) ; d) redistribution of manganese ascribed to fungal activity, leading to dark opaque manganese deposits, occasionally in the form of coatings (mangans) ; e) dissolution of smectite, decreasing CEC, increasing proportions of exchangeable Al, and formation of Al-interlayered smectite and intergrade minerals (Table 2). All these features are main steps of a hydromorphic soil forming process, ferrolysis, initiated by repetitive and long-term alternating redox conditions in these soils. Ferrolysis is predominantly active above the deeply infolded clay-rich structures, where drainage water stagnates, thus affecting predominantly the upper part of the BT horizon, and leading to formation of a transitional, more sandy-textured Eg/BT horizon (figure 6). Away from these infolded structures, in the central parts of the polygons, soils are shallow and locally the plough horizon may directly overly the fragmented carbonate substrate (figure 6, figure 8). The spatial arrangement of cryogenic structures, with thick clay-rich layers forming the polygonal patterns and thin soils in the centre of the polygons, leads to contrasting hydrodynamic conditions at a decametric scale. Such geometry implies rapid water drainage conditions in the centre of the polygons, favourable for the transfer of metal pollutants into the substrate (figure 9), notably Zn and Cu. By contrast, the clay-rich infolded structures imply a low permeability, limiting the downward movement of drainage water and, consequently, protecting the surrounding substrate from inflow of metal pollutants (figure 9). Finally, mapping by X-ray microfluorescence of the distribution patterns of major (K, Fe, Mn) and trace elements (Zn, Pb, Cu) on selected thin sections demonstrated how the pedological pedofeatures closely interact with migrating metal pollutants. A part of dissolved or colloid-associated trace metals are intercepted from draining soil solution and trapped within iron or manganese precipitates (figure 10, figure 11).; Se observó estructuras criogénicas organizadas en redes poligonales de 20 a 30 m en los suelos de la planicie de Pierrelaye-Bessancourt. La presencia de estas estructuras criogénicas milenarias interroga sobre las condiciones hidrológicas locales que engendran y el papel de estas sobre la transferencia de los contaminantes acumulados en los suelos de la planicie debidos a los esparcimientos masivos, durante un siglo, de aguas usadas de la aglomeración parisina. Se buscaron contestas por la combinación de estudios geofísicos y pedológicos (resistividad eléctrica, examen pedológico de trincheras, mineralogía, análisis pedogeoquímicos, micromorfología, microfluorescencia-X), realizados a diferentes escalas (parcelas, solum, constituyentes). Las estructuras criogénicas corresponden a hundimientos / deformaciones de horizontes E y BT y están separadas del substrato calcáreo por una "stone-line" de fragmentos calcáreos. La concordancia geométrica de los horizontes y del substrato muestra una pedogénesis antigua que intervino antes de las crioturbaciones durante el último periodo periglaciar. La antigüedad de esta pedogénesis está también atestada por la fragmentación y la deformación, por criogenia, de las iluviaciones arcillo-ferruginosas en estos horizontes. De otra manera, los revestimientos delgados de arcilla límpidos en las partes superiores del BT así que acumulaciones calcáreas dispuestas en largas bandas horizontales, por lo tanto no afectadas por la crioturbación, muestran une pedogénesis mas reciente, post-criogenias. Estas iluviaciones límpidas y estas acumulaciones calcáreas están correlativas de la descarbonatación que dio la formación de Neoluvisols durante el Holoceno. Bajo esparcimientos de aguas usadas, los suelos presentan rasgos pedológicos específicos que nunca aparecen en los suelos fuera del perímetro de esparcimiento : la degradación de los revestimientos de arcilla, la formación de cutanes ferruginosos y mangánicos (ferranes y de manganes), y el blanqueamiento del horizonte E. Estos rasgos pedológicos muestran una evolución pedológica reciente, ligada a los grandes volúmenes de aguas usadas (≈ 2 000 mm por año), que atravesaron estos suelos durante el siglo 20. Los análisis pedológicos muestran una evolución mineralógica de la esméctita en mineral de tipo intergrado, une disminución importante (hasta 50 %) de la CIC y un aumento de la proporción de aluminio intercambiable. Estas modificaciones mineralógicas y fisicoquímicas están el resultado de la ferrolisis, proceso generado por las alternancias de oxido-reducción debidas a las prácticas de esparcimientos masivos. Las manifestaciones de la degradación de los suelos están máximas al nivel de las invaginaciones, en la parte superior del horizonte BT. Los más fuertes contrastes de color y de textura están característicos de los Luvisols Típicos. Aparte de las estructuras invaginadas, los suelos están poco espesos y el horizonte arado descansa a veces directamente sobre el calcáreo fragmentado. La configuración de las estructuras criogénicas, con espesos niveles arcillosos invaginados que forman una red poligonal y suelos poco espesos al centro de los polígonos, conduce a condiciones hidrodinámicas contrastadas a escala decamétrica. Se atesto el impacto sobre la transferencia de metales hacia el substrato por contenidos más elevados en metales en la fracción reactiva fina de los substratos calcáreos aparte de las estructuras invaginadas, especialmente Zn y Cu, en comparación con las de los substratos a proximidad de estas estructuras. En fin, las alternancias de las condiciones redox inducidas por las irrigaciones tienen incidencias sobre la geoquímica de los contaminantes en los suelos, como lo muestran la coprecipitación de elementos mayores (Fe, Mn) y de metales (Zn, Cu, Pb) bajo forma de cutanes ferruginosos y mangánicos (ferranes y manganes) en los horizontes profundos; Des structures cryogéniques, organisées en réseaux polygonaux de 20 à 30 m, ont été mises en évidence dans les sols de la plaine de Pierrelaye-Bessancourt. La présence de ces structures cryogéniques millénaires interroge sur les conditions hydrologiques locales qu’elles engendrent et le rôle de celles-ci sur le transfert des polluants accumulés dans les sols de la plaine suite aux épandages massifs, pendant un siècle, d’eaux usées de l’agglomération parisienne. Des réponses ont été cherchées par la combinaison d’études géophysiques et pédologiques (résistivité électrique, examen pédologique de tranchées, minéralogie, analyses pédogéochimiques, micromorphologie, microfluorescence-X), menées à différentes échelles (parcelle, solum, constituants). Les structures cryogéniques correspondent à des affaissements/déformations des horizons E et BT et sont séparées du substrat calcaire par une "stone-line" de fragments calcaires. La concordance géométrique des horizons et du substrat témoigne d’une pédogenèse ancienne intervenue avant la mise en place des cryoturbations lors de la dernière période périglaciaire. L’ancienneté de cette pédogenèse est aussi attestée par la fragmentation et la déformation, par cryogénie, des illuviations argilo-ferrugineuses dans ces horizons. Par ailleurs, des revêtements minces d’argile limpides dans la partie supérieure du BT ainsi que des accumulations calcaires disposées en larges bandes horizontales, donc non affectées par la cryoturbation, témoignent eux d’une pédogénèse plus récente, post-cryogénies. Ces illuviations limpides et ces accumulations calcaires sont corrélatives de la décarbonatation qui a conduit à la formation de Néoluvisols durant l’Holocène. Sous épandages d’eaux usées, les sols présentent des traits pédologiques spécifiques qui n’apparaissent jamais dans les sols hors du périmètre d’épandage : la dégradation des revêtements d’argile, la formation de ferranes et manganes, et le blanchiment de l’horizon E. Ces traits pédologiques témoignent d’une évolution pédologique récente, liée aux grands volumes d’eaux usées (≈ 2 000 mm par an), qui ont traversé ces sols durant le XXe siècle. Les analyses pédologiques montrent une évolution minéralogique de la smectite en minéral de type intergrade, une diminution importante (jusqu’à 50 %) de la CEC et une augmentation de la proportion d’aluminium échangeable. Ces modifications minéralogiques et physicochimiques sont le résultat de la ferrolyse, un processus engendré par les alternances d’oxydo-réduction dues aux pratiques d’épandages massifs. Les manifestations de la dégradation des sols sont maximales au droit des invaginations, dans la partie supérieure de l’horizon BT. Les plus forts contrastes de couleur et de texture sont caractéristiques des Luvisols Typiques. A l’écart des structures invaginées, les sols sont peu épais et l’horizon de labour repose parfois directement sur le calcaire fragmenté. La configuration des structures cryogéniques, avec d’épais niveaux argileux invaginés formant un réseau polygonal et des sols peu épais au centre des polygones, conduit à des conditions hydrodynamiques contrastées à l’échelle décamétrique. L’impact sur le transfert de métaux vers le substratum est attesté par des teneurs plus élevées en métaux dans la fraction réactive fine des substrats calcaires à l’écart des structures invaginées, notamment Zn et Cu, par rapport à celle des substrats à proximité de ces structures. Enfin, les alternances des conditions redox induites par les irrigations ont des incidences sur la géochimie des polluants dans les sols, comme en témoignent la coprécipitation d’éléments majeurs (Fe, Mn) et de métaux (Zn, Cu, Pb) sous forme de ferranes et manganes dans les horizons profonds.

Sediments originating from periodic dredging of waterways were traditionally deposited on soil without specific precaution or planed treatments. It may be of environmental concern especially when they came from areas historically contaminated with metallic pollutants like in the north French coal basin which is also well industrialised. The main risk is a migration Metallic Trace Elements (MTE) in the underlying soil and groundwater. This study aims to identify and characterise the mineralogical bearing phases of the MTE (limited here to Zn et Pb) by combining various techniques, analytical, chemical and spectroscopic. In this work, we show that in the case of a complex material as our studied anthroposol, it is important to have a multi-scale. Then, we have carried out field analyses, laboratory studies Sequential chemical extraction, XRD, SEM and EPMA) and synchrotron radiation experiment (mainly XRF and XANES). We have indentified various bearing phases of Zn and Pb, but we didn’t observe any clear evolution as a function of the depth. To conclude, we give several directions for completing this work.; L’entretien des voies navigables en France nécessité des opérations régulières de curage des sédiments. Ces boues de dragage ont parfois été déposées sur des sols nus, sans précaution préalable ou traitement. Cela peut poser des problèmes environnementaux (présence de polluants métalliques), surtout lorsque les sédiments proviennent de zones industrielles et minières comme c’est le cas pour le site étudié (Nord-Pas-de-Calais). L’un des risques principaux est le transfert d’éléments traces métalliques (ETM) dans le sol sous-jacent jusqu’à la nappe. L’objectif de cette étude est d’identifier et de caractériser les porteurs minéralogiques des ETM (limités ici à Zn et Pb) en combinant diverses techniques analytiques chimiques et spectroscopiques. Dans ce travail, nous montrons que dans le cas d’un matériau complexe comme l’anthroposol étudie, il est important d’avoir une approche méthodologique multi-échelle. Pour mener à bien cette étude, nous avons donc réalisé des analyses sur le terrain, des mesures en laboratoire (extractions chimiques séquentielles, DRX, MEB, MSE) et des expériences sur synchrotron (principalement XRF et XANES). Nous avons pu identifier différentes phases porteuses de Zn et Pb, mais nous n’avons pas observe d’évolution nette en fonction de la profondeur. Nous donnons pour finir, diverses pistes pour continuer ce travail.

Sediments originating from periodic dredging of waterways were traditionally deposited on soil without specific precaution or planed treatments. It may be of environmental concern especially when they came from areas historically contaminated with metallic pollutants like in the north French coal basin which is also well industrialised. The main risk is a migration Metallic Trace Elements (MTE) in the underlying soil and groundwater. This study aims to identify and characterise the mineralogical bearing phases of the MTE (limited here to Zn et Pb) by combining various techniques, analytical, chemical and spectroscopic. In this work, we show that in the case of a complex material as our studied anthroposol, it is important to have a multi-scale. Then, we have carried out field analyses, laboratory studies Sequential chemical extraction, XRD, SEM and EPMA) and synchrotron radiation experiment (mainly XRF and XANES). We have indentified various bearing phases of Zn and Pb, but we didn’t observe any clear evolution as a function of the depth. To conclude, we give several directions for completing this work.; L’entretien des voies navigables en France nécessité des opérations régulières de curage des sédiments. Ces boues de dragage ont parfois été déposées sur des sols nus, sans précaution préalable ou traitement. Cela peut poser des problèmes environnementaux (présence de polluants métalliques), surtout lorsque les sédiments proviennent de zones industrielles et minières comme c’est le cas pour le site étudié (Nord-Pas-de-Calais). L’un des risques principaux est le transfert d’éléments traces métalliques (ETM) dans le sol sous-jacent jusqu’à la nappe. L’objectif de cette étude est d’identifier et de caractériser les porteurs minéralogiques des ETM (limités ici à Zn et Pb) en combinant diverses techniques analytiques chimiques et spectroscopiques. Dans ce travail, nous montrons que dans le cas d’un matériau complexe comme l’anthroposol étudie, il est important d’avoir une approche méthodologique multi-échelle. Pour mener à bien cette étude, nous avons donc réalisé des analyses sur le terrain, des mesures en laboratoire (extractions chimiques séquentielles, DRX, MEB, MSE) et des expériences sur synchrotron (principalement XRF et XANES). Nous avons pu identifier différentes phases porteuses de Zn et Pb, mais nous n’avons pas observe d’évolution nette en fonction de la profondeur. Nous donnons pour finir, diverses pistes pour continuer ce travail.

Le développement industriel et urbain de nos sociétés a généré une exploitation deressources naturelles et une production de déchets et de polluants. Depuis longtemps, lescours d'eau constituent le réceptacle d'une pollution aux formes multiples. Les polluantsproviennent des activités urbaine, agricole et industrielle. Les sources de polluants peuventcontaminer les eaux de manière directe (rejet) ou diffuse (dépôt atmosphérique, lessivage desols contaminés). Lorsqu'il pleut, les eaux de surface ruissellent à travers des surfaces plus oumoins contaminées et charrient avec elles leur lot de polluants. Les eaux de surface sont ainsicapables d'intégrer les pollutions non traitées à l'échelle du bassin versant. L'introduction despolluants dans le cours d'eau peut avoir des conséquences sanitaires et écologiques.En France, les préoccupations environnementales sont devenues un enjeu social, politique etéconomique. Une directive-cadre européenne d'octobre 2000 (2000/60/CE) a prévu quechaque Etat devrait, d'ici 2009, avoir élaboré des « plans de gestion » et des « programmesd'actions » concrets dans tous les « districts hydrographiques », afin de parvenir en 2015 à un« bon état des eaux ». Cette directive est appelée à jouer un rôle stratégique et fondateur enmatière de politique de l'eau.Au regard de cette directive cadre, le comportement des sédiments vis-à-vis de la colonned'eau est particulièrement important à prendre en compte. De nombreuses substances peuventêtre piégées dans les sédiments et être libérées après s'être déposées. Ainsi, la question sepose : les sédiments se comportent-ils comme des pièges pour la pollution ou agissent-ils entant que sources de contamination vis-vis de l'eau sus-jacente ?...

Le développement industriel et urbain de nos sociétés a généré une exploitation deressources naturelles et une production de déchets et de polluants. Depuis longtemps, lescours d'eau constituent le réceptacle d'une pollution aux formes multiples. Les polluantsproviennent des activités urbaine, agricole et industrielle. Les sources de polluants peuventcontaminer les eaux de manière directe (rejet) ou diffuse (dépôt atmosphérique, lessivage desols contaminés). Lorsqu'il pleut, les eaux de surface ruissellent à travers des surfaces plus oumoins contaminées et charrient avec elles leur lot de polluants. Les eaux de surface sont ainsicapables d'intégrer les pollutions non traitées à l'échelle du bassin versant. L'introduction despolluants dans le cours d'eau peut avoir des conséquences sanitaires et écologiques.En France, les préoccupations environnementales sont devenues un enjeu social, politique etéconomique. Une directive-cadre européenne d'octobre 2000 (2000/60/CE) a prévu quechaque Etat devrait, d'ici 2009, avoir élaboré des « plans de gestion » et des « programmesd'actions » concrets dans tous les « districts hydrographiques », afin de parvenir en 2015 à un« bon état des eaux ». Cette directive est appelée à jouer un rôle stratégique et fondateur enmatière de politique de l'eau.Au regard de cette directive cadre, le comportement des sédiments vis-à-vis de la colonned'eau est particulièrement important à prendre en compte. De nombreuses substances peuventêtre piégées dans les sédiments et être libérées après s'être déposées. Ainsi, la question sepose : les sédiments se comportent-ils comme des pièges pour la pollution ou agissent-ils entant que sources de contamination vis-vis de l'eau sus-jacente ?...

Au-delà d'une température appelée “point de trouble” (TC) les solutions aqueuses de la plupart des tensioactifs non ioniques polyéthoxylés se séparent en deux phases liquides en équilibre : le coacervat, riche en tensioactif, et la phase diluée. Grâce à la solubilisation micellaire de composés hydrophobes, amphiphiles ou même ioniques et à leur concentration dans le (faible) volume de coacervat, une extraction à deux phases aqueuses (extraction par point de trouble ou par coacervat) peut être réalisée et appliquée à des opérations de dépollution d'effluents industriels ou à la concentration ou encore à la séparation de substances à haute valeur ajoutée. Cette technique peut donc conduire à un procédé de "Chimie verte", c'est-à-dire non polluant et peu coûteux en énergie. Une première partie de cette thèse consiste à établir des corrélations empiriques entre les propriétés des alcools éthoxylés (AE) à chaîne linéaire et leur structure chimique. De plus, comme préliminaire à la mise au point d'un procédé d'extraction par coacervat, les propriétés thermodynamiques superficielles et d'association (micellisation) d'alcools éthoxylés industriels (mélange d'espèces éthoxylées) en solution aqueuse sont déterminées. Les courbes de démixtion des systèmes binaires H2O-AE en fonction de la température ainsi que l'effet de divers additifs sur le point de trouble sont mis en évidence. Enfin, des diagrammes isothermes de systèmes ternaires H2O-AE-soluté sont tracés. La deuxième partie du travail concerne l'extraction de polluants organiques dissous (phénol, alcools et amines aromatiques) à partir de solutions modèles par des alcools oxo éthoxylés (CiEj), facilement biodégradables. La phase aqueuse polluée et la solution de tensioactif sont mélangées et séparées à une température dépendant de la position du point de trouble. En utilisant un plan d'expériences de type Scheffé et un lissage empirique des courbes, on cherche le meilleur compromis entre pourcentage de soluté extrait (parfois supérieur à 90%), facteur de concentration du soluté, coefficient de distribution du soluté et fraction volumique de coacervat, celle-ci à réduire au minimum (un polluant plus concentré étant plus facile à traiter). Des corrélations linéaires entre les constantes d'équilibre, à savoir, la constante de solubilisation micellaire (KS) et le coefficient de distribution (KCoacervat/Diluée), et le coefficient de partage octanol/eau (exprimé par log P) montrent que l'extraction par coacervat est principalement gouvernée par l'hydrophobie du soluté. Le coacervat se comporte donc comme un solvant organique classique. En ce qui concerne la solubilisation sélective, des essais de séparation de solutés ne montrent pas de synergie. L'hydrophobie des solutés et de faibles concentrations en tensioactif favorisent les séparations. D'autre part, dans le cas d'au moins un soluté acide ou basique, il est possible, en jouant sur le pH, non seulement d'améliorer les séparations, mais aussi de réaliser les étapes de désextraction des solutés et de recyclage du tensioactif. Enfin, afin de traiter des exemples de séparations délicates, telles que celles de mélanges racémiques (DL-DOPA), un tensioactif non ionique chiral (dérivé de la lysine) est synthétisé en vue d'une utilisation dans l'extraction énantiosélective par point de trouble. Après un premier essai peu concluant, la mise au point d'une telle séparation reste à effectuer. Enfin, la troisième partie concerne l'extraction de polluants métalliques solubles (Ni++, Cd++, Pb++, Cr3+) à partir de solutions modèles par un mélange de tensioactifs non ionique (AE) et anionique. Alors que, grâce à son point de trouble, l'AE permet d'obtenir deux phases, le tensioactif anionique joue le rôle du complexant. L'intérêt majeur provient de l'absence d'emploi de complexants coûteux. Les résultats sont très prometteurs car les pourcentages d'extraction varient de 50 à 90%, les meilleures performances étant obtenues pour Pb2+, dont l'enthalpie d'hydratation est la plus faible. On montre en outre que ces micelles mixtes permettent de traiter des solutions contaminées à la fois en polluants organiques et métalliques.