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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

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2015-12-10; Biochars play a central part in the mitigation of global changes. They also represent a challenge for the sustainable management of contaminated soils. This work was conducted in order to better understand the effects of biochar on the mobility of metals in soils and their uptake by plants. A range of experiments was set up following a gradual increase of complexity, with a wood-derived biochar obtained by pyrolysis at 450 °C and two soils, acidic or alkaline, contaminated by Cd, Pb and Zn from smelter activity. Various plant species with contrasting response to metals were tested. Batch sorption and column leaching experiments coupled to microscopic and spectroscopic characterization of biochars were conducted, together with plant growth experiment in pots, rhizoboxes and lysimeters. Results demonstrate that biochar's carbonated mineral phases play a dominant role in the immobilization of metals. They lead to metals direct sorption on the surface of biochar by co-precipitation. Their dissolution also contributes to the increase of soil pH, leading to an increased retention of metals on soil particles. Biochar alters the transfer of metals to the plants by decreasing the availability of metals, but also by decreasing the mobility of major cations and by modifying root surface. A decrease of metal transfer to the shoots was generally observed with Lolium perenne or Zea mays, while an increase of the uptake of Cd and Zn by the hyperaccumulator Noccaea caerulescens was evidenced. In conclusion, biochar controls the mobility of metals in soil-plant systems through a range of different mechanisms. From a practical point of view, biochar promotes both strategies of phytostabilization and phytoextraction of metals in contaminated soils; Les biochars sont au cœur de la lutte contre les changements globaux. Ils constituent aussi un enjeu pour la gestion durable des sols contaminés. Ces travaux ont été conduits afin de mieux comprendre les effets du biochar sur la mobilité des métaux dans les sols et leur transfert vers les plantes. Une série d’expériences de complexité croissante ont été conduites, impliquant un biochar obtenu par pyrolyse de bois à 450 °C, et deux sols, l’un acide et l’autre alcalin, contaminés par Cd, Pb et Zn suite à l'activité d'une fonderie. Une gamme d’espèces végétales aux réponses contrastées vis-à-vis des métaux a été testée. Des essais de sorption en batch et de lixiviation en colonnes couplés à une caractérisation microscopique et spectroscopique du biochar ont été réalisés, ainsi que des expériences de croissance végétale en vases de végétation, en rhizotrons et en lysimètres. Les résultats démontrent que les phases minérales carbonatées du biochar jouent un rôle prépondérant dans l'immobilisation des métaux. Elles interviennent dans la sorption directe des métaux à la surface du biochar par co-précipitation. Leur dissolution contribue également à l'augmentation du pH du sol, conduisant à une rétention accrue des métaux à la surface des particules du sol. Le biochar modifie le transfert des métaux vers la plante en diminuant la disponibilité des métaux, mais également en diminuant la mobilité de cations majeurs et en modifiant la surface racinaire développée par la plante. Une diminution du transfert du métal vers les parties aériennes de la plante a généralement été observée avec Lolium perenne ou Zea mays, alors qu'une augmentation du prélèvement de Cd et Zn par l'hyperaccumulateur Noccaea caerulescens a été mise en évidence. En conclusion, le biochar contrôle la mobilité des métaux dans les systèmes sol-plante grâce à une série de mécanismes différents. Au plan pratique, le biochar favorise les stratégies de phytostabilisation et de phytoextraction des métaux dans les sols contaminés

Arsenic is a widespread toxic metalloid which is a major issue of public health. Its presence in the environment is naturally due to the geochemical background, i.e. the weathering of parent material and volcanic eruptions, but the main contamination sources are anthropogenic activities such as mining and metalworking industry. We describe a real-time PCR assay for the quantitative detection of arsB and ACR3(1) arsenite transporter gene families, two ubiquitous and key determinants of arsenic resistance in prokaryotes. The aioA gene encoding the large subunit of arsenite-oxidase was monitored in parallel. This study aimed to determine whether diversity, abundance and expression of these arsenite efflux pumps could serve as suitable biomarkers of metalloid stress and provide means to assess the impact of contamination on soil bacterial communities. The assay was applied in batch growth experiments using a wasteland soil bacterial community as an inoculum to investigate the effect of increasing arsenic concentrations on genes and transcripts abundances. To confirm previous results, further studies on the abundance and expression of arsB and ACR3(1) in indigenous soil bacterial communities exposed to different levels of arsenic over various time periods have helped to gain a better understanding of how these genes contribute to the adaptation of the communities to arsenic stress and their role in shaping the community structure and diversity. On the other hand, metal transporting PIB-type ATPases are critical components of bacterial resistance to cadmium, zinc and lead. We therefore designed degenerate PCR primers targeting PIB-type ATPases and tested their specificity on reference strains, metal-resistant soil isolates and soil metagenomic DNA; La mesure des effets des éléments en traces métalliques (ETM) sur les microorganismes, acteurs majeurs du fonctionnement des sols, constitue une approche complémentaire des analyses physico-chimiques dans l'évaluation de leur impact éco-toxicologique. La démarche scientifique présentée ici visait à déterminer dans quelle mesure la diversité, l'abondance et l'expression de gènes bactériens de résistance aux métaux et métalloïdes pourraient constituer des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles en ETM dans les sols contaminés et de leur impact sur les communautés bactériennes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes de résistance arsB/ACR3(1) codant les pompes d'efflux de l'arsénite, largement répandues chez les procaryotes, et aioA codant une arsénite-oxydase. Une technique de PCR en temps réel, utilisant des amorces dégénérées conçues au cours de travaux de thèse précédents (Achour et al., 2007 ; Quéméneur et al., 2008), a été développée pour quantifier ces gènes cibles et leurs transcrits dans des systèmes d'étude de plus en plus complexes, de la culture liquide aux microcosmes de sols. Cette recherche d'interprétations physiologiques et écologiques des réponses bactériennes à une exposition à l'arsenic a été intégrée dans le projet ANR Multipolsite (ANR CES 2008). Il a dès lors été possible d'étudier, dans un contexte d'atténuation naturelle et de phytoremédiation, l'abondance des gènes arsB, ACR3(1) et aioA in situ et sur le long terme en fonction de différents traitements telles que la présence de végétation et la désorption-thermique de ce sol multi-contaminé aux HAP et aux ETM. Ces travaux ont également abouti à la conception d'amorces dégénérées ciblant les gènes de résistance aux cadmium, zinc et plomb, gènes codant les ATPases de type PIB étant des pompes d'efflux spécifiques de ces ETM

The main aim of the LORVER phytoremediation project is to upgrade brownfields using poplar, hemp and nettle. The ability of these three plants to grow on metal-contaminated soils was evaluated and ICP-AES analyses revealed that heavy metals were localized in low amouts in the stems and the leaves. Fungal communities associated with the roots of the three species were observed by light microscopy. Arbuscular mycorrhizal fungi, but also fungal endophytes and dark septate endophytes (DSE) were identified. Fungal endophytes can affect heavy metal uptake of their host plants and increase plant metaltolerance. Therefore, in the present study, a wide-range screening of the fungal was performed to select efficient fungal symbionts. After studying the taxonomy of the isolated strains by molecular tools, their capacity to use diverse plant carbon compounds was evaluated. The positive effect of fungal inoculation on plant growth was revealed by a test with ryegrass and alfalfa. Finally, metal tolerance was variable between the studied strains, as well as their capacity to mobilize metals from the soil. In conclusion, Eu1-11, 2.2, CY1-2, 2.7 and Ce4, respectively belonging to the genera Cadophora, Leptodontidium and Phialocephala may be good candidates for future phytoremediation projects.; LORVER est un projet de phytoremédiation visant à revaloriser des friches industrielles en utilisant le peuplier, le chanvre et l'ortie. La capacité des ces trois plantes à se développer sur sols pollués aux métaux lourds a été évaluée. Des analyses par ICP-AES ont mis en évidence une accumulation des métaux dans les tiges et les feuilles. Les communautés fongiques associées aux racines de ces trois espèces ont également été observées au microscope photonique. Des champignons mycorhiziens, et endophytes, ainsi que des champignons du groupe des dark septate endophytes (DSE) ont été identifiés. Une inoculation fongique peut favoriser la croissance de plantes sur sols pollués : concept de phytoremédiation assistée. Dans cette optique, un criblage de souches fongiques a été réalisé afin de sélectionner des symbiotes fongiques performants. Après avoir réalisé une étude taxonomique des souches, leurs capacités de dégradations de certains sucres végétaux ont été mesurées. L'effet positif d'une inoculation par certaines souches DSE sur le développement des plantes a été testé par un test de coculture avec du ray-grass et de la luzerne. La tolérance métallique varie selon les souches considérées, ainsi que les possibilités de mobilisation des ETM par ces champignons. En conclusion, les souches Eu1- 11, 2.2, CY1-2, 2.7 et Ce 4 appartenant aux genres Cadophora, Leptodontidium et Phialocephala pourraient être des candidats intéressants pour des projets de phytoremédiation assistée.

Arsenic is a widespread toxic metalloid which is a major issue of public health. Its presence in the environment is naturally due to the geochemical background, i.e. the weathering of parent material and volcanic eruptions, but the main contamination sources are anthropogenic activities such as mining and metalworking industry. We describe a real-time PCR assay for the quantitative detection of arsB and ACR3(1) arsenite transporter gene families, two ubiquitous and key determinants of arsenic resistance in prokaryotes. The aioA gene encoding the large subunit of arsenite-oxidase was monitored in parallel. This study aimed to determine whether diversity, abundance and expression of these arsenite efflux pumps could serve as suitable biomarkers of metalloid stress and provide means to assess the impact of contamination on soil bacterial communities. The assay was applied in batch growth experiments using a wasteland soil bacterial community as an inoculum to investigate the effect of increasing arsenic concentrations on genes and transcripts abundances. To confirm previous results, further studies on the abundance and expression of arsB and ACR3(1) in indigenous soil bacterial communities exposed to different levels of arsenic over various time periods have helped to gain a better understanding of how these genes contribute to the adaptation of the communities to arsenic stress and their role in shaping the community structure and diversity. On the other hand, metal transporting PIB-type ATPases are critical components of bacterial resistance to cadmium, zinc and lead. We therefore designed degenerate PCR primers targeting PIB-type ATPases and tested their specificity on reference strains, metal-resistant soil isolates and soil metagenomic DNA, La mesure des effets des éléments en traces métalliques (ETM) sur les microorganismes, acteurs majeurs du fonctionnement des sols, constitue une approche complémentaire des analyses physico-chimiques dans l'évaluation de leur impact éco-toxicologique. La démarche scientifique présentée ici visait à déterminer dans quelle mesure la diversité, l'abondance et l'expression de gènes bactériens de résistance aux métaux et métalloïdes pourraient constituer des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles en ETM dans les sols contaminés et de leur impact sur les communautés bactériennes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes de résistance arsB/ACR3(1) codant les pompes d'efflux de l'arsénite, largement répandues chez les procaryotes, et aioA codant une arsénite-oxydase. Une technique de PCR en temps réel, utilisant des amorces dégénérées conçues au cours de travaux de thèse précédents (Achour et al., 2007 ; Quéméneur et al., 2008), a été développée pour quantifier ces gènes cibles et leurs transcrits dans des systèmes d'étude de plus en plus complexes, de la culture liquide aux microcosmes de sols. Cette recherche d'interprétations physiologiques et écologiques des réponses bactériennes à une exposition à l'arsenic a été intégrée dans le projet ANR Multipolsite (ANR CES 2008). Il a dès lors été possible d'étudier, dans un contexte d'atténuation naturelle et de phytoremédiation, l'abondance des gènes arsB, ACR3(1) et aioA in situ et sur le long terme en fonction de différents traitements telles que la présence de végétation et la désorption-thermique de ce sol multi-contaminé aux HAP et aux ETM. Ces travaux ont également abouti à la conception d'amorces dégénérées ciblant les gènes de résistance aux cadmium, zinc et plomb, gènes codant les ATPases de type PIB étant des pompes d'efflux spécifiques de ces ETM

Complexation is the main phenomenon responsible of metal retention in soils. Humic substances (HS) are the major components implied. Their complexing properties are due to functional groups such as phenolic and carboxylic functions. Nevertheless the study of metallo-humic interactions is limited by the size and polyfunctionality of HS. The use of low molecular sized model molecules, having similar fixation sites as those met in HS, enables to gain more insight into the complexation phenomenon. The fixation of three metal ions, Al(III), Pb(II) and Cu(II), by ligands presenting different complexing sites in competition (catechol, carboxylate, β-hydroxy-keto), was studied. The first part of this work focused on some cinnamic acid derivatives presenting the same characteristic features as HS (aromatic nucleus, aliphatic chain). The structural parameters effect (electronic delocalization, substitution) on complexation was studied. The stoichiometries and conditional stability constants of formed complexes have been determined. The second part combined electronic spectroscopy and quantum chemical calculations to characterize complexes formed with dihydroxyanthraquinones (preferential site, fixation mode, coordination sphere). This study showed the usefulness of an approach combining experiments and molecular modeling, and to increase available knowledge about metal ion retention in natural systems.; La complexation est le principal phénomène à l’origine de la rétention des métaux dans les sols. Il implique majoritairement les substances humiques (SH) dont les propriétés complexantes sont essentiellement dues à des groupes fonctionnels tels que les groupements phénoliques et carboxyliques. La compréhension des interactions métallo-humiques reste néanmoins limitée par la taille et la polyfonctionnalité des SH. L’utilisation de molécules modèles de faible poids moléculaire, présentant des sites de fixation similaires à ceux rencontrés dans les SH, permet de mieux appréhender le phénomène de complexation. Cette étude porte sur la complexation de trois cations métalliques, Al(III), Pb(II) et Cu(II), par des ligands présentant différents sites de fixation en compétition (catéchol, carboxylate, β-hydroxycétone). Dans une première partie, l’étude réalisée avec des dérivés de l’acide cinnamique, présentant des caractéristiques des SH (noyau aromatique, chaîne aliphatique), a permis de juger de l’influence de paramètres structuraux sur le phénomène de complexation (délocalisation électronique, substitution). Les stoechiométries et constantes de stabilité des complexes formés ont pu être déterminées. Dans une seconde partie, l’utilisation conjointe de la spectroscopie électronique et des calculs de chimie quantique a permis de caractériser des complexes formés avec des dihydroxyanthraquinones (site préférentiel, mode de fixation, sphère de coordination). Ce travail a permis de montrer l'utilité d'une telle approche couplant expériences et modélisation, et d'approfondir les connaissances disponibles sur les phénomènes de rétention des cations métalliques en milieu naturel.

Suite à l'activité humaine de nombreux sols sont pollués par les métaux lourds (Cd, Zn, Pb ?) qui menacent de nombreux organismes. Les techniques biologiques se développent depuis de nombreuses années et notamment la mycoremédiation qui vise à utiliser des champignons mycorhiziens pour protéger les plantes vis-à-vis des métaux lourds. Le principe de cette méthode est de promouvoir la production de biomasse végétale non polluée et de limiter le lessivage des métaux. Cette méthode pourrait être un bon moyen de re-végétaliser des friches industrielles polluées et de créer une activité financière. Dans le cadre de ce stage la quantification du taux de mycorhization sur la parcelle expérimentale de Pierrelaye ainsi que l'identification moléculaire de ces souches nous ont permis de révéler un faible taux de mycorhization, et la présence de champignons endomycorhiziens et endophytes. De plus 14 souches de champignons (13 souches d'Hebeloma sp. et une de Suillus sp.) isolées auprès de racines issues de sols contaminés de Pierrelaye ont été caractérisées en vue d'une potentielle utilisation en phytoremédiation. Pour cela nous avons étudié leur tolérance aux métaux lourds (zinc et cadmium). Les souches V24 et P16 sont sensibles au zinc et tolérante au cadmium. L'utilisation d'un nouveau matériau en phytoremédiation, le biochar, pour limiter le transfert des ETM vers les parties végétale et fongique a été testée. Le biochar permet une meilleure résistance aux métaux lourds de certaine souche fongiques et ne semble pas diminuer le taux de mycorhization des racines de peuplier.

Environmental forensics consists in conducting expertise in order to solve conflicts related to liabilities after a case of pollution. Dendrochemistry and phytoscreening are two disciplines which can be used for this purpose. Throughout this study, which fits into the PIT framework, we focused our attention on two specific sites, concerning pollutions related to metals. Lambiotteis a factory specialized in the carbonization of wood where three trees are sampled for dendrochemistry analysis and twenty-three for photoscreening analysis. MetalEurope's lead and Umicore's zinc foundries, five trees whose 3 plane trees are exposed to pollution and two to be monitored: one plane tree and one poplar are used for dendrochemistry analysis, thirty-six for phytoscreening. The dendrochemistry analysis are made in Sweden, using the line scanning technique of X-Ray fluorescence and the phytoscreening samples are analyzed in the USA using ICP-MS. The dendrochemistry results of MEu/Umi show that the averages of concentration are generally higher in the monitored poplar tree sample. Pb, Zr, Al, Ni, Cu, As, and Hg do not present exploitable variation. Mn, Ti, and V fluctuate in a similar way through time. For Fe, the variations are similar for the carrots of trees 1, 2 and poplar, they are similar for the tree 3 and the plane tree control. As for Zn, only the core of tree 2 show two peaks of concentration. However, the poplar shows variation though time. These results can be explained by the species, by the solubility of the ions located in the ground and the mobility of these elements in the sapwood towards heartwood.; La forensie environnementale consiste à effectuer une expertise technique afin de dénouer des conflits liés aux responsabilités suite à une pollution. La dendrochimie et le phytoscreening sont deux disciplines utilisées à ces fins. Cette étude, entrant dans le cadre de PIT, étudie deux sites pollués aux métaux. Lambiotte, une usine de carbonisation du bois, 3 arbres sont prélevés pour la dendrochimie et 23 pour le phytoscreening. Sur les sites des fonderies de Pb de MétalEurop (Meu) et de Zn d'Umicore (Umi) sont prélevés, pour la dendrochimie, 5 arbres dont 3 platanes supposés exposés aux pollutions et 2 contrôles : un platane et un peuplier et 36 arbres pour le phytoscreening. Les analyses de dendrochimie sont réalisées en Suède avec une technique par « line scanning » EDXRF, et celles de phytoscreening sont réalisées aux Etats-Unis par ICP-MS. Les résultats de dendrochimie de MEu/Umi montrent que les moyennes de concentrations absolues sont plus élevées dans le peuplier. Le Pb, Zr, Al, Ni, Cu, As et Hg ne présentent pas d'anomalie exploitable. Mn, Ti et V fluctuent de façon identique dans le temps. Pour le Fe, les variations sont similaires pour les carottes des arbres 1, 2 et le peuplier, et similaires pour l'arbre 3 et le platane contrôle. Pour le Zn, la carotte de l'arbre 2 montre deux pics de concentration. Le peuplier montre des variations au cours du temps. Ces résultats peuvent être en parti expliqués pas l'espèce étudiée, la solubilité des ions dans le sol et dans la mobilité éventuelle de ces éléments de l'aubier vers le bois de coeur.

Heavy metal pollution leads to harmful impacts on lands and their associated communities. In order to study the diversity of the molecular determinants involved in metal tolerance by these organisms, two different strategies were employed. First, the mechanisms involved in zinc homeostasis and tolerance were studied by functional characterization of selected genes in Laccaria bicolor, an ectomycorrhizal model fungus with high economic value. Zinc homeostasis and tolerance mechanisms are mainly achieve d through the intracellular traffic of zinc mediated by transporters belonging to the ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) families. Phylogenetic analyses revealed an expansion of both CDF and ZIP gene numbers in the genome of L. bicolor, when compared to that of S. cerevisiae. Gene expression was also studied in different fungal tissues or under different zinc concentrations in the culture medium. Moreover, the functional characterization of several CDF and ZIP members was performed, as well as their subcellular localization. These data allowed us to refine the knowledge on the molecular mechanisms involved in both zinc homeostasis and tolerance in ectomycorrhizal fungi. Finally, an innovative experimental approach of metatranscriptomics was used. The study of the soil metatranscriptome from eukaryotes allows the comparison of functions expressed in eukaryotic communities colonizing different types of soil (contaminated, formerly contaminated, or non-contaminated by heavy metals). Environmental cDNA libraries constructed from mRNA extracted directly from these soils were screened by functional complementation of yeast mutants sensitive to zinc. This study allowed the identification of new genes and new mechanisms involved in zinc resistance. The development of this approach opens new insights into both fundamental and applied research for the detection of genes of interest, whatever the organism is cultivable or not; La pollution par les métaux lourds entraine des conséquences néfastes pour les sols et pour les communautés qui les colonisent. Afin d'étudier la diversité des mécanismes moléculaires mis en jeu par ces organismes en réponse au stress métallique, deux approches différentes ont été menées.Premièrement, une approche ciblée de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie et la tolérance au zinc a été menée chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle à forte valeur économique ajoutée. L'homéostasie et la tolérance au zinc sont essentiellement liées à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). Une étude phylogénétique a permis de mettre en évidence une expansion du nombre de gènes appartenant à ces deux familles dans le génome de L. bicolor, comparé à celui de S. cerevisiae. Le niveau d'expression de ces différents gènes a ensuite été étudié dans différents tissus fongiques ou en présence de différentes concentrations en zinc. L'étude s'est poursuivie par la caractérisation fonctionnelle et la localisation subcellulaire de plusieurs membres CDF et ZIP. L'ensemble de ces analyses ont permis d'affiner fortement les connaissances dans le domaine de l'homéostasie et de la tolérance au zinc chez les champignons ectomycorhiziens. Enfin, une approche expérimentale innovante de métatranscriptomique a également été utilisée. Cette étude du métatranscriptome a permis la comparaison de fonctions exprimées au sein de communautés de microorganismes eucaryotes colonisant des sols d'intérêt (contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds). Des banques environnementales d'ADNc construites à partir des ARN messagers extraits directement de ces sols ont été criblées par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au zinc. Cette étude a permis l'identification de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au zinc. La mise au point de cette approche ouvre de nouvelles perspectives intéressantes au niveau de la recherche fondamentale mais aussi de la recherche appliquée en permettant la détection de gènes d'intérêt, que l'organisme soit cultivable ou non

La pollution par les métaux lourds entraine des conséquences néfastes pour les sols et pour les communautés qui les colonisent. Afin d'étudier la diversité des mécanismes moléculaires mis en jeu par ces organismes en réponse au stress métallique, deux approches différentes ont été menées.Premièrement, une approche ciblée de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie et la tolérance au zinc a été menée chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle à forte valeur économique ajoutée. L'homéostasie et la tolérance au zinc sont essentiellement liées à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). Une étude phylogénétique a permis de mettre en évidence une expansion du nombre de gènes appartenant à ces deux familles dans le génome de L. bicolor, comparé à celui de S. cerevisiae. Le niveau d'expression de ces différents gènes a ensuite été étudié dans différents tissus fongiques ou en présence de différentes concentrations en zinc. L'étude s'est poursuivie par la caractérisation fonctionnelle et la localisation subcellulaire de plusieurs membres CDF et ZIP. L'ensemble de ces analyses ont permis d'affiner fortement les connaissances dans le domaine de l'homéostasie et de la tolérance au zinc chez les champignons ectomycorhiziens. Enfin, une approche expérimentale innovante de métatranscriptomique a également été utilisée. Cette étude du métatranscriptome a permis la comparaison de fonctions exprimées au sein de communautés de microorganismes eucaryotes colonisant des sols d'intérêt (contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds). Des banques environnementales d'ADNc construites à partir des ARN messagers extraits directement de ces sols ont été criblées par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au zinc. Cette étude a permis l'identification de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au zinc. La mise au point de cette approche ouvre de nouvelles perspectives intéressantes au niveau de la recherche fondamentale mais aussi de la recherche appliquée en permettant la détection de gènes d'intérêt, que l'organisme soit cultivable ou non, Heavy metal pollution leads to harmful impacts on lands and their associated communities. In order to study the diversity of the molecular determinants involved in metal tolerance by these organisms, two different strategies were employed. First, the mechanisms involved in zinc homeostasis and tolerance were studied by functional characterization of selected genes in Laccaria bicolor, an ectomycorrhizal model fungus with high economic value. Zinc homeostasis and tolerance mechanisms are mainly achieve d through the intracellular traffic of zinc mediated by transporters belonging to the ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) families. Phylogenetic analyses revealed an expansion of both CDF and ZIP gene numbers in the genome of L. bicolor, when compared to that of S. cerevisiae. Gene expression was also studied in different fungal tissues or under different zinc concentrations in the culture medium. Moreover, the functional characterization of several CDF and ZIP members was performed, as well as their subcellular localization. These data allowed us to refine the knowledge on the molecular mechanisms involved in both zinc homeostasis and tolerance in ectomycorrhizal fungi. Finally, an innovative experimental approach of metatranscriptomics was used. The study of the soil metatranscriptome from eukaryotes allows the comparison of functions expressed in eukaryotic communities colonizing different types of soil (contaminated, formerly contaminated, or non-contaminated by heavy metals). Environmental cDNA libraries constructed from mRNA extracted directly from these soils were screened by functional complementation of yeast mutants sensitive to zinc. This study allowed the identification of new genes and new mechanisms involved in zinc resistance. The development of this approach opens new insights into both fundamental and applied research for the detection of genes of interest, whatever the organism is cultivable or not

Cette étude vient compléter de précédents travaux sur l'étude de la répartition et de l'écologie de Noccaea caerulescens dans le massif vosgien et réaliser une première caractérisation phénotypique des populations inventoriées. Il s'agit d'évaluer la capacité des populations à accumuler les métaux lourds par des analyses chimiques de sols et de plantes. Dans les Vosges, N. caerulescens privilégie les sols pierreux, drainants, de pH acide à neutre et exposés au sud. Les populations, souvent de petite taille, occupent principalement des milieux ouverts et en particulier les talus aux bords des routes. Les analyses multivariées permettent d'avoir une première vision des relations entre les variables mesurées et de distinguer des groupes de stations homogènes correspondant à des écotypes distincts. La détermination des aptitudes accumulatrices des populations naturelles de sites métallifères et non métallifères confirme la très grande variabilité d'accumulation des métaux chez cette espèce en conditions naturelles. La mise en évidence de l'existence d'individus hyperaccumulateurs permet d'espérer une utilisation de ces populations en phytoremédiation. Ces capacités devront désormais être vérifiées en conditions contrôlées et la mise en place de programmes de sélection sera indispensable pour améliorer la phytoextraction des métaux.

Coking plant soils are highly heterogeneous and are made of building materials and various organic constituents such as coke, coal, coal -tar and road asphalt. Those materials can strongly influence soil properties. Thus, the retention of the various contaminants will depend on the nature and the degradation of the soil organic constituents. This work deals with the ageing of a coking plant soil and its consequences on the fate of both organic and metallic pollutants. The multi-scale approach applied in this study allows to consider the different levels of complexity through the use of (i) pure compounds, isolated organic fraction of soils such as coal tar and coal and a soil with its mineral fraction, and (ii) experimental devices gradually integrating the processes involved in natural attenuation : laboratory oxidation and biodegradation experiments, simplified device allowing the study of few grams of samples exposed to natural attenuation, and the GISFI (French Scientific Interest Group - Industrial Wasteland) lysimeter plots allowing the study at field scale). Two major evolutions were evidenced: (i) the oxidation led to a condensation suggesting a stabilization process of the organic compartment; (ii) the biodegradation induce the formation of smaller molecular units and the release of organic compounds from the non extractable part of the organic matter. The trends identified during the natural attenuation experiments suggest that the biodegradation is the major process involved in our ageing experiments. The sorption of copper varied according to the different organic constituents that were tested but was clearly enhanced by the degradation of these constituents; Les sols de cokerie sont très hétérogènes, composés de matériaux de construction et de diverses phases organiques telles que du coke, du charbon, du goudron de houille et du bitume routier, jouant un rôle majeur sur les propriétés de ces sols. Leur nature et leur état de dégradation vont influencer la mobilité des différents contaminants. Cette thèse porte sur l'étude du vieillissement d'un sol de cokerie et ses conséquences sur le devenir des polluants organiques et métalliques. Elle intègre des études réalisées à différentes échelles permettant de considérer différents degrés de complexité, par l'utilisation (i) de composés purs, de matériaux organiques isolés (charbon, goudron de houille)et de sols et (ii) de dispositifs intégrant progressivement les différents processus intervenant lors de l'atténuation naturelle : expériences d'oxydation et de biodégradation en laboratoire, dispositif simplifié permettant de suivre l'évolution naturelle de quelques grammes d'échantillon, parcelles lysimétriques du GISFI permettant un suivi à l'échelle du terrain. Deux schémas de dégradation ont été identifiés au cours des expériences en laboratoire : (i) l'oxydation conduit à un phénomène de condensation qui suggère une stabilisation du compartiment organique ; (ii) la biodégradation induit la formation de plus petites unités moléculaires et la libération de composés organiques présents dans la fraction organique insoluble. Si des tendances sont identifiées au cours des expériences d'atténuation naturelle, elles suggèrent plutôt que le processus majeur impliqué est la biodégradation. La sorption du cuivre est variable selon les constituants organiques considérés, et augmente significativement après les expériences d'altération.

Coking plant soils are highly heterogeneous and are made of building materials and various organic constituents such as coke, coal, coal -tar and road asphalt. Those materials can strongly influence soil properties. Thus, the retention of the various contaminants will depend on the nature and the degradation of the soil organic constituents. This work deals with the ageing of a coking plant soil and its consequences on the fate of both organic and metallic pollutants. The multi-scale approach applied in this study allows to consider the different levels of complexity through the use of (i) pure compounds, isolated organic fraction of soils such as coal tar and coal and a soil with its mineral fraction, and (ii) experimental devices gradually integrating the processes involved in natural attenuation : laboratory oxidation and biodegradation experiments, simplified device allowing the study of few grams of samples exposed to natural attenuation, and the GISFI (French Scientific Interest Group - Industrial Wasteland) lysimeter plots allowing the study at field scale). Two major evolutions were evidenced: (i) the oxidation led to a condensation suggesting a stabilization process of the organic compartment; (ii) the biodegradation induce the formation of smaller molecular units and the release of organic compounds from the non extractable part of the organic matter. The trends identified during the natural attenuation experiments suggest that the biodegradation is the major process involved in our ageing experiments. The sorption of copper varied according to the different organic constituents that were tested but was clearly enhanced by the degradation of these constituents, Les sols de cokerie sont très hétérogènes, composés de matériaux de construction et de diverses phases organiques telles que du coke, du charbon, du goudron de houille et du bitume routier, jouant un rôle majeur sur les propriétés de ces sols. Leur nature et leur état de dégradation vont influencer la mobilité des différents contaminants. Cette thèse porte sur l'étude du vieillissement d'un sol de cokerie et ses conséquences sur le devenir des polluants organiques et métalliques. Elle intègre des études réalisées à différentes échelles permettant de considérer différents degrés de complexité, par l'utilisation (i) de composés purs, de matériaux organiques isolés (charbon, goudron de houille)et de sols et (ii) de dispositifs intégrant progressivement les différents processus intervenant lors de l'atténuation naturelle : expériences d'oxydation et de biodégradation en laboratoire, dispositif simplifié permettant de suivre l'évolution naturelle de quelques grammes d'échantillon, parcelles lysimétriques du GISFI permettant un suivi à l'échelle du terrain. Deux schémas de dégradation ont été identifiés au cours des expériences en laboratoire : (i) l'oxydation conduit à un phénomène de condensation qui suggère une stabilisation du compartiment organique ; (ii) la biodégradation induit la formation de plus petites unités moléculaires et la libération de composés organiques présents dans la fraction organique insoluble. Si des tendances sont identifiées au cours des expériences d'atténuation naturelle, elles suggèrent plutôt que le processus majeur impliqué est la biodégradation. La sorption du cuivre est variable selon les constituants organiques considérés, et augmente significativement après les expériences d'altération.

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

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

Non disponible / Not available, Des enjeux de gestion des déchets poussent à la réutilisation de matériaux alternatifs en construction routière. Dans le cas des MIOM, les principaux polluants sont des métaux lourds qui peuvent être lixiviés et transférés au milieu naturel via le sol routier par les eaux d'infiltration. Le sol routier est défini comme le sol naturel sous-jacent à la chaussée, préalablement décapé et compacté. Il s'agissait de mettre en évidence la rétention de Cr, Cu, Pb et Zn, le mode de fixation de ces polluants dans le sol et les interactions entre le lixiviat et les sols routiers. L'étude sur les interactions entre des sols routiers et un lixiviat de MIOM est réalisée à partir d'essais expérimentaux en laboratoire (isothermes de sorption et simulations en colonnes) et sur le terrain en conditions climatiques réelles (plot d'essai) ainsi que de l'inspection d'un ouvrage ancien. Ces travaux ont permis de mettre en évidence la capacité des sols routiers à fixer les polluants métalliques et de relier cette capacité aux caractéristiques physico-chimiques des sols' (fraction argileuse et CEC). Les caractéristiques des sols sont sensiblement modifiées par l'interaction avec le lixiviat avec une augmentation du pH et des teneurs en Ca. L'étude des phases porteuses par un protocole d'extraction séquentielles (BCR) et des observations au MEB, indique un lien entre la fixation des métaux et la précipitation d'une phase carbonatée ainsi que de possible redistribution des métaux sur les différentes phases du sol à plus long-terme par la comparaison avec les résultats obtenus sur l'ouvrage ancien. Ces travaux sont une approche du transfert de polluants dans un scénario d'utilisation de matériaux alternatif en construction routière avec la prise en compte du rôle du sol routier dans la rétention et le devenir des polluants métalliques.

Economic stakes on raw materials and harmful effects linked to waste landfill, lead to the re-use of alternative materials like municipal solide waste incinerator bottom ash in road construction. This alternative material has a high heavy metal content, which can, under the effect of rainfall infiltration through road, leache and infiltrate into the underlying soil. Road soil is the natural soil underlying the road, previously scraped down and compacted. It can act as a pollution filter. Our research falls under the study of the interactions between road soils and MSWI bottom ash leachate is carried out from experimental tests in laboratory (sorption isotherms and columns test), a field application in natural climatic conditions and environmental assessment of a old road structure. This work show the road soil capacity to fix heavy metals leached from MSWI bottom ash and connect this capacity to the soils physicochemical characteristics (argillaceous fraction and CEC). The caracteristics of the soils are modified with an increase in the pH and Ca contents. The study of the phases carrying by a extraction sequential procedure (BCR) and SEM observations, indicates a connection between heavy metal field application and the inspection of the old road structure joint up the possible redistribution of heavy metals on the various phases of the soil for long-term. This study give some information about the pollutants mobility and the long-term environmental impact. It can have practical consequences in the field of road construction., Des enjeux de gestion des déchets poussent à la réutilisation de matériaux alternatifs en construction routière. Dans le cas des MIOM, les principaux polluants sont des métaux lourds qui peuvent être lixiviés et transférés au milieu naturel via le sol routier par les eaux d'infiltration. Le sol routier est défini comme le sol naturel sous-jacent à la chaussée, préalablement décapé et compacté. Il s'agissait de mettre en évidence la rétention de Cr, Cu, Pb et Zn, le mode de fixation de ces polluants dans le sol et les interactions entre le lixiviat et les sols routiers. L'étude sur les interactions entre des sols routiers et un lixiviat de MIOM est réalisée à partir d'essais expérimentaux en laboratoire (isothermes de sorption et simulations en colonnes) et sur le terrain en conditions climatiques réelles (plot d'essai) ainsi que de l'inspection d'un ouvrage ancien. Ces travaux ont permis de mettre en évidence la capacité des sols routiers à fixer les polluants métalliques et de relier cette capacité aux caractéristiques physico-chimiques des sols' (fraction argileuse et CEC). Les'caractéristiques des sols sont sensiblement modifiées par l'interaction avec le lixiviat avec une augmentation du pH et des teneurs en Ca. L'étude des phases porteuses par un protocole d'extraction séquentielles (BCR) et des observations au MEB, indique un lien entre la fixation des métaux et la précipitation d'une phase carbonatée ainsi que de possible redistribution des métaux sur les différentes phases du sol à plus long-terme par la comparaison avec les résultats obtenus sur l'ouvrage ancien. Ces travaux sont une approche du transfert de polluants dans un scénario d'utilisation de matériaux alternatif en construction routière avec la prise en compte du rôle du sol routier dans la rétention et le devenir des polluants métalliques.

Non disponible / Not available, L'électroremédiation consiste à imposer un courant électrique continu entre deux électrodes insérées dans le milieu afin d'en extraire les polluants en solution par électro-osmose et par électromigration s'il s'agit des espèces chargées. Les phénomènes crées lors de l'application du procédé entraînent des modification physico-chimiques dans le système. Celles-ci sont autant de facteurs affectant la spéciation, la solubilité e donc le transport des polluants. Il s'agit donc de phénomènes couplés dont la connaissance est essentielle pour la maîtrise du procédé. Le travail présenté dans ce mémoire s'est proposé de mettre en place une méthodologie globale visant, analyser l'aptitude d'une terre polluée à être traitée par électroremédiation. Il a été entièrement réalisé sur Uni terre réelle perméable contenant du plomb, du cuivre, du zinc et de l'arsenic. La méthodologie consiste à définir tout d'abord les mécanismes réactionnels caractérisant les processus de solubilisation et les réactions en phase aqueuse des espèces, en condition de lixiviation acide. Ils ont été déterminés en couplant l'expérimentation en colonne de laboratoire et la modélisation multicomposants des interactions lors de l'écoulement. Ensuite, des essais d'électroremédiation ont été réalisés afin d'étudier l'interdépendance réaction chimique / transport, aspect du procédé peu étudié dans la littérature. Le mécanisme réactionnel proposé permet de déterminer les concentrations et la distribution en composés dans le milieu, autorisant alors une analyse des mécanismes de transport prépondérants pour chaque espèce. Enfin, cette approche a permis d'asseoir les bases d'un modèle de tendances qui a pour objectif d'estimer l'évolution des concentrations en espèces extraites du milieu. Bien qu'il nécessite des améliorations et des validations ultérieures, il a montré des accords raisonnables avec les résultats expérimentaux pour les espèces majeures et pour certains polluants.

Non disponible / Not available, L'électroremédiation consiste à imposer un courant électrique continu entre deux électrodes insérées dans le milieu afin d'en extraire les polluants en solution par électro-osmose et par électromigration s'il s'agit des espèces chargées. Les phénomènes crées lors de l'application du procédé entraînent des modification physico-chimiques dans le système. Celles-ci sont autant de facteurs affectant la spéciation, la solubilité e donc le transport des polluants. Il s'agit donc de phénomènes couplés dont la connaissance est essentielle pour la maîtrise du procédé. Le travail présenté dans ce mémoire s'est proposé de mettre en place une méthodologie globale visant, analyser l'aptitude d'une terre polluée à être traitée par électroremédiation. Il a été entièrement réalisé sur Uni terre réelle perméable contenant du plomb, du cuivre, du zinc et de l'arsenic. La méthodologie consiste à définir tout d'abord les mécanismes réactionnels caractérisant les processus de solubilisation et les réactions en phase aqueuse des espèces, en condition de lixiviation acide. Ils ont été déterminés en couplant l'expérimentation en colonne de laboratoire et la modélisation multicomposants des interactions lors de l'écoulement. Ensuite, des essais d'électroremédiation ont été réalisés afin d'étudier l'interdépendance réaction chimique / transport, aspect du procédé peu étudié dans la littérature. Le mécanisme réactionnel proposé permet de déterminer les concentrations et la distribution en composés dans le milieu, autorisant alors une analyse des mécanismes de transport prépondérants pour chaque espèce. Enfin, cette approche a permis d'asseoir les bases d'un modèle de tendances qui a pour objectif d'estimer l'évolution des concentrations en espèces extraites du milieu. Bien qu'il nécessite des améliorations et des validations ultérieures, il a montré des accords raisonnables avec les résultats expérimentaux pour les espèces majeures et pour certains polluants.

Not available, Non disponible

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