Le réseau d'assainissement urbain : du collecteur au réacteur bio-physico-chimique, The sewer system : from the sewer pipe to the bio-physico-chemical reactor

Jamil Houhou

Description

Sous la direction de Bruno Lartiges
Thèse soutenue le 12 novembre 2008: INPL
Ce travail décrit certains aspects du réseau d’assainissement en tant que réacteur bio-physico-chimique. Les objectifs principaux sont : d’identifier et de quantifier les sources des eaux circulant dans les collecteurs en se basant sur les signatures isotopiques des eaux et des sulfates dissous; de déterminer la nature minéralogique des phases porteuses des métaux lourds et d’étudier leur cycle géochimique par MET et MEB couplés à la EDXS ; de mettre en évidence la présence d’échange de matière entre les eaux usées et les biofilms par CLSM et MET et d’étudier les conditions hydrodynamiques impliquées dans cet échange dans un réacteur pilote (Couette-Poiseuille). On montre que les données isotopiques permettent d’évaluer la présence des évolutions de concentration des éléments transportés dans le réseau. Le rôle du réseau en tant que réacteur apparaît dans l’évolution de la nature minéralogique des phases phosphatées vers l’aval du réseau et dans la précipitation des métaux lourds dans les compartiments anaérobiques sous forme de phases sulfurées néoformées. Les dépôts des regards de façade et les biofilms sont les lieux de cette néoformation. A l’échelle de la matière organique, l’auto-épuration est révélée par les échanges entre les biofilms et les matières en suspension (MES) suite à la présence des fibres de cellulose dans la structure des biofilms et de morceaux de biofilms au sein de la MES. La majeure partie de ces évolutions se situe en amont du réseau où les contrastes physicochimiques sont les plus importants. Finalement, les expériences modèles au sein du réacteur ont montré l’implication de l’hydrodynamisme dans le détachement des biofilms
-Réseau d’assainissement
-Quantifications structurales
-3D reconstruction
-Biofilms bactériens
-Phosphates
-Métaux lourds
-Spéciation
-Géochimie isotopique
This work describes the sewer system as an integrated part of the wastewater treatment system. The main objectives of this study were: identification and quantification of water sources collected in sewer system, referring to isotopic signatures of water and dissolved sulfates; identification of the mineralogical nature of trace element carriers and determination of their geochemical evolution within the sewer by TEM and SEM coupled with EDSX ; Evidencing exchanges between sewage and biofilms, using CLSM and TEM, and investigating hydrodynamic conditions controlling this exchange in an experimental set-up (Couette-Poiseuille reactor). The results indicate that isotopic data may be used to study the tightness of sewer lines and to evaluate the evolution of element concentrations along sewer. Implication of the sewer system as a true biophysicochemical reactor is evidenced in our study by the evolution of the mineralogical nature of phosphate phases downstream of the sewer and by heavy metal precipitations in anaerobic conditions as neoformed sulfide phases. Sump pit deposits and biofilms represent the earlier stage of this neoformation. Organic matter biodegradation was revealed by TEM examination of SM whereas the exchange between biofilms and SM was shown by CLSM. Cellulose fibers from SM were found embedded in exopolymer biofilm matrices and detached fragments from biofilms were identified in sewage. The majority of these evolutions are located upstream of sewer system in which the contrast in physicochemical properties are the most significant. Finally, biofilm model investigations and image processing showed that hydrodynamic conditions are largely implicated in biofilm detachment
-Sewer system
-Structural quantifications
-3D reconstruction
-Bacterial biofilms
-Speciation
-Heavy metals
-Stable isotopes
-Phosphates
Source: http://www.theses.fr/2008INPL071N/document

Sujets

• Élément-trace métallique
• Spéciation

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 125
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 64 Mo

Extrait

AVERTISSEMENT



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Laboratoire Environnement
eett MMiinnéérraalluurrggiiee
UUMMRR--CCNNRRSS 77556699


Ecole Nationale Supérieure de Géologie
Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie
des Ressources, Procédés, Produits et Environnement





Thèse
Présentée à
L’Institut National Polytechnique de Lorraine
Pour obtenir le grade de
Docteur de l’INPL
Spécialité: Géosciences
Par
Jamil HOUHOU
Le réseau d’assainissement urbain : du collecteur
au réacteur bio-physico-chimique


Soutenue publiquement le 12 Novembre 2008 devant la commission d’examen


Rapporteurs
Markus BOLLER Professeur ETH EAWAG (Suisse)
Ghassan CHEBBO DR MEDDAT CEREVE (ENPC/Marne la Vallée)
Examinateurs
Cécile DELOLME IDTPE (HDR) ENTPE LSE (Vaulx-en-Velin)
Christian MUSTIN CR CNRS LIMOS (UHP/Vandoeuvre)
Marie-Noëlle PONS DR CNRS LSGC (INPL/Nancy)
Directeur de thèse
Bruno LARTIGES MC (HRD) INPL LEM (Vandoeuvre)
Invité
Antoine EL SAMRANI MC USEK Liban


























A mes parents
A mon grand père
A mes frères



















Remerciements

Ce travail a été réalisé entre octobre 2004 et septembre 2008 au Laboratoire
Environnement et Minéralurgie, UMR CNRS-INPL 7569. Cette étude a été financée par le
programme Ecotoxicologie et Ecodynamique des Contaminants (ECODYN / CNRS-INSU),
la Région Lorraine, et la Communauté Urbaine de Grand Nancy (CUGN).
Mes premiers remerciements s’adressent à Monsieur Jacques Yvon, directeur du
laboratoire pour m’avoir accueilli dans son unité de recherche et pour m’avoir fait profiter de
ses connaissances encyclopédiques en minéralogie.
Mes plus vifs remerciements vont à mon directeur de thèse, Bruno Lartiges,
Enseignant-Chercheur à l’ENSG, pour m’avoir guidé tout au long de ce travail. Des
compagnes de prélèvements sur le terrain, surtout les prélèvements de 24 heures en plein
hiver glacial Nancéien, aux réunions scientifiques précieuses, son aide, ses conseils, ses
capacités à me remonter le moral pendant les périodes difficiles et ses corrections me
témoignent de ses grandes qualités scientifiques et humaines. Un immense MERCI !
Je remercie également Monsieur Christian Mustin, co-directeur de cette thèse, Chargé
de recherche au CNRS, pour sa grande disponibilité lors des études des biofilms modèles et
pour ses discussions scientifiques enrichissantes.
Un grand merci à Monsieur Guillaume Caumon, Directeur du Consortium GOCAD,
®pour m’avoir formé au logiciel GOCAD , pour sa grande disponibilité et pour m’avoir ouvert
les portes de son laboratoire pour réaliser les traitements d’images.
Mes sincères remerciements à Monsieur Ghassan Chebbo, Directeur de recherche au
CEREVE-ENPC et à Monsieur Markus Boller, Professeur à l’EAWAG, pour avoir accepté la
lourde charge de rapporter mes travaux. J’exprime également mes remerciements à Madame
Cécile Delolme, Enseignant-Chercheur à l’ENTPE, à Madame Marie-Noelle Pons, Directeur
de recherche au CNRS, et à Monsieur Antoine El Samrani, Enseignant-Chercheur à l’USEK-
Liban, qui ont accepté de participer au jury de cette thèse.
Je remercie également le personnel du service hydraulique de la CUGN, et plus
particulièrement Madame Maïten Villeroy de Galhau et Monsieur Michel Piquet, pour leur
aide précieuse à l’organisation et au bon déroulement des compagnes de prélèvement.
Je tiens aussi à remercier Monsieur Salaheddine Skali-Lami, Enseignant-Chercheur à
l’ENSEM et Monsieur Pierre Levitz, Directeur de recherche au CNRS, pour avoir participé de
près à la réalisation de cette thèse.
Un grand Merci à tous ceux qui ont contribué d’une manière symbolique ou
significative, aux résultats expérimentaux de cette thèse. Je pense particulièrement à Madame
Odile Barrès pour son aide en spectroscopie infrarouge et pour son extrême gentillesse, à
Madame Isabelle Bihannic pour son aide en diffraction des rayons X et à Monsieur Patrick
Billard, Enseignant-Chercheur à l’université de Nancy, pour m’avoir fourni les souches
bactériennes pour développer le biofilm modèle et pour ses conseils scientifiques. Je remercie
l’équipe du Service d’Analyse des Roches et des Minéraux (SARM-CRPG) du Nancy et
particulièrement Madame Laure Sevin. Je remercie Madame Caroline Guilemette (CRPG)
pour les analyses des isotopes stables. Je remercie Monsieur Denis Mangin et Monsieur
Michel Champenois (CRPG) pour leur aide précieuse dans la réalisation des analyses à la
sonde ioniques. Je remercie Madame Joëlle Gérard, pour m’avoir formé aux techniques de
découpage de résine par microtomie et de coloration. Je remercie également Monsieur Denis
Merlet et Monsieur David Billet de l’équipe de Chromatographie Ionique du Laboratoire des
Interactions Microorganismes-Minéraux-Matière organique dans les sols (LIMOS). Je
n’oublie pas de remercier l’équipe du Service Commun de Microscopies Electroniques et de
Microsondes (SCMEM) de la faculté des sciences, et en particulier Monsieur Jaafar Ghanbaja
et Monsieur Alain Kohler.
C’est avec grand plaisir que je remercie Madame Emmanuelle Montarges-Pelletier,
Chargé de recherche au CNRS, Monsieur Guillaume Frappier et Monsieur Joseph Sielliechi
pour leur aide précieuse pendant les compagnes de prélèvements.
Sincèrement, je remercie profondément mes collègues de bureaux pour m’avoir
supporté ces quatre années, Estelle Sorrenti, Caroline Duriez, Erwan Paineau.
Un grand merci à tous les membres du laboratoire, sans lesquels les quatre années
passées ici n’auraient pas été aussi agréables, et plus particulièrement Solange Maddi, Laurent
Michot, Christian Blachier, Cristelle Cailteau, Jean Pierre Sagou, Catalina Avela, Camille
Rivard, Marie-ève Kraph, Karine Devineau, Manuel Pelletier, Angélina Razafitianamaharavo,
Philipe Marion, Mukendi Kongolo, Tatiana Gorner, Frederic Villieras, Jérôme Duval,
Elisabeth Schuller, Delphine Martin, et Yves Waldvogel.
Un grand merci à tous les membres du LIMOS pour m’avoir accueilli
chaleureusement dans leur unité de recherche, et plus particulièrement Geneviève Mangin et
Christine Friry pour la préparation des milieux de culture et à Thierry Beguiristain pour
m’avoir fourni un échantillon d’urine fraîche pour les analyses isotopiques !
Je tiens à remercier mes amis, qui directement ou indirectement ont su me soutenir
dans les moments difficiles particulièrement Rimond, Toufic, Farah, Mohamad, Amel et
Hachem.
Pour terminer, je voudrais exprimer ma plus profonde r