Thèses soutenues

Emilie MARCHAND

Rôle des interactions tectonique-sédimentation sur l’évolution et la variabilité spatiale d’un gisement de bauxite karstique : exemple du bassin de Villeveyrac (Sud de France)

Thèse de l'Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau) (ED n°584) soutenue le 13 novembre 2019 à 14:00 à Alès

Directeur de thèse: Marc VINCHES (EMA/LGEI)
Laboratoire d'accueil : LGEI (EMA)

Résumé : Cette thèse propose d’identifier les rôles de la tectonique et de la sédimentation responsables des variabilités spatiales d’un gisement de bauxite karstique et particulièrement dans le bassin de Villeveyrac (SE de la France).  Pendant le Crétacé « moyen », le sud de la France a connu des évènements géologiques conduisant à la formation et l’accumulation de bauxite. Les bauxites reposent en discordance sur un substratum Jurassique carbonaté, karstifié et déformé ; cela implique une évolution polyphasée de l’événement bauxitique: 1-latérisation et bauxitisation in-situ de roches alumino-siliceuses et 2-démantèlement et piégeage des bauxites dans des karsts situés en aval.

Les études sédimentologiques associées à des analyses minéralogiques et géochimiques sur deux forages carottés, à travers le remplissage bauxitique et sa couverture, mettent en évidence des sources latéritiques diverses et de degrés d’altération différents. Les profils latéritiques ont été érodés, transportés et piégés dans les cavités karstiques, suivant une séquence inverse d’un profil d’altération, confirmant l’allochtonie des dépôts. Le matériel est issu de coulées boueuses périodiques et rapides, sous climat latérisant. La couverture sédimentaire Crétacé supérieur correspond à des séries détritiques marneuses déposées en domaine paralique. Les assemblages argileux montrent une diminution de la kaolinite au profit de la formation de smectite et la préservation du détritisme au sommet de la couverture, suggèrent des conditions hydrolysantes moins intenses et un climat plus aride.

L’analyse structurale du substratum Jurassique du bassin de Villeveyrac permet d’établir une chronologie des déformations enregistrées et d’identifier un régime extensif NE-SW responsable de la structuration en blocs de failles NW-SE en Languedoc, conduisant à l’érosion et la karstification du substratum Mésozoïque. Un réseau de joints N060/N150 présent dans le Jurassique a été utilisé comme vecteur principal de karstification conduisant à une topographie de lapiaz métrique. Les failles normales NW-SE ont provoqués des zones d’effondrement dans le bassin, augmentant l’espace disponible pendant le dépôt des bauxites. La compression Pyrénéenne, ultérieure, a conduit au plissement synclinal et a entraîné la formation de fractures dans le gisement, dont certaines directions (N060) ont été utilisées comme drains principaux à un fluide mobilisateur en fer.

L’analyse géostatistique des puissances minéralisées dans l’ensemble du bassin, identifie 3 phénomènes structurant les dépôts bauxitiques : 1-la surface karstifiée (paléolapiaz de ± 4 m de profondeur, identifiée sur le terrain), 2- des dolines d’effondrement (± 300 m de diamètre) et 3- l’activité des failles NW-SE (espacées de ±1300 m associées aux plus fortes puissances minéralisées). L’analyse géostatistique des teneurs moyennes (SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3) montre que les variables ont un comportement fortement aléatoire, excepté dans les directions N060, parallèle à l’axe du pli Pyrénéen tardif. Ces résultats suggèrent que les fractures liées au plissement et affectant le gisement, soient associées à une déferrification le long de ces fractures, concentrant les autres oxydes dans cette direction.

Enfin, la datation U-Pb des zircons détritiques extraits des bauxites dans trois gisements du Languedoc, permet de dater les dépôts de l’Albien inférieur à « moyen ». Le traçage des sources latéritiques indique : 1- une source issue de l’altération du socle Hercynien de la Montagne Noire, dont l’influence diminue vers l’est et 2-une source d’origine sédimentaire, généralisée à l’ensemble du bassin du Sud-Est.

La caractérisation des phénomènes structuraux et sédimentaires contrôlant l’épisode bauxitique en Languedoc constitue un apport significatif à la géodynamique régionale du Crétacé « moyen », mais aussi à la compréhension du gisement de bauxite de Villeveyrac, en proposant un guide pour son exploitation durable.

 

Figure 1: coupe Nord-Sud du gisement bauxitique de Villeveyrac. Les traits verticaux représentent les sondages : la partie verte correspond à la formation du calcaire karstifié Jurassique, en rouge la formation bauxitique et en bleu le Crétacé Supérieur (EMA, 2015). Cette coupe a été réalisée sous le logiciel SURPAC

 

 
Figure 2: modélisation en 3D avec une vue Est-Ouest des deux panneaux de bauxites (bleu et vert) et la topographie en marron. Modèle réalisé sur SURPAC (EMA, 2015)  

Mots Clés : bauxite, karstification, latérisation, Montagne Noire, Isthme Durancien, variabilité spatiale, provenance, Crétacé, France, climat, géodynamique

Takoua MAHDBHI

Dynamique des pesticides au sein d’un écosystème lagunaire (lagune de Bizerte, Tunisie) Identification des sources de contaminations et processus de transformation des contaminants.

Thèse de l'Ecole Doctorale GAIA (UM France) et ED Sciences Vie et Matière (FSB Tunisie) soutenue le 21 octobre 2019 à 15:00 à Bizerte

Directeur de thèse: Marc VINCHES (EMA/LGEI)
Encadrement : Catherine GONZALEZ (EMA/LGEI)
Laboratoire d'accueil : LGEI (EMA)

Résumé : La lagune de Bizerte est le siège d'une importante production conchylicole avec une production annuelle moyenne de 146,2 tonnes. Cette production est représentée essentiellement par les moules (Mytilus galloprovencalis, 90%) mais aussi les huîtres (Ostrea edulis) et les palourdes (Ruditapes decussatus). La lagune constitue aussi une zone importante de pèche ; les espèces de poissons exploitées de façon courante sont essentiellement: l'Anguille (Anguilla anguilla) ; les Muges (Mugil cephalus, Liza ramada, Liza saliens et Liza aurata) ; le Loup (Dicentrachus labrax) ; la Sole (Solea solea) ; la daurade royale  (Sparus aurata); les Gobiidae (Gobius niger, Gobius paganellus,…).La lagune de Bizerte connait une forte pression démographique. Ainsi, la moitié de la population du gouvernorat de Bizerte est concentrée autour de la lagune, soit 163 000 Habitants (recensement 2004), dont près de 70% pour la seule ville de Bizerte.

Une importante activité industrielle est aussi développée autour de la lagune avec l'implantation de nombreuses industries lourdes (cimenterie, raffinerie de pétrole, aciérie, construction portuaire). La forte urbanisation doublée d'une pression industrielle importante a accentué la contamination de la lagune par divers éléments chimiques et polluants organiques persistants (Yoshida et al. 2002, Dellali et al. 2004, Trabelsi & Driss 2005). Cette pression anthropique et agricole contribue à une contamination de la lagune en composés métalliques, HAPs et composés organochlorés (Barhoumi et al. 2014a, Barhoumi et al. 2014b, Yoshida et al. 2002).

Cependant, les travaux conduits jusqu'à présents se sont focalisés sur l'évaluation de la contamination chimique en organochlorés dans le compartiment sédimentaire qui représente le lieu de stockage des contaminants organiques et métalliques. Des travaux récents menés dans le cadre de l'ANR RISCO (2013-2016) ont mis en évidence la présence de pesticides (essentiellement des triazines et leurs produits de dégradation, phénylurées et leurs produits de dégradation,) avec des signatures différentes selon les sites d’investigation (baie, canal, lagune). Le déploiement d’échantillonneurs passifs dans la lagune a confirmé leur pertinence, notamment pour l’identification des produits de dégradation non détectés selon l’approche usuelle (prélèvement ponctuel et analyse par HPLC/MS). En effet, les capteurs passifs ont été utilisés, avec succès, pour la surveillance de divers polluants (Allan et al. 2006, Togola A. 2007, Gonzalez et al. 2009, Ibrahim et al. 2012, Ibrahim et al. 2013b, Miège et al. 2012) et ont été appliqués dans le cadre de ce projet pour l’identification de la contamination de la lagune. Les niveaux de concentration sont en accord avec la littérature (Campolli et al. 2013, Sanchez-Avila et al. 2013).

La présence de ces pesticides dans la colonne d'eau de la Lagune de Bizerte représente donc un risque pour la santé humaine (Ben Ameur et al. 2013a, Ben Ameur et al. 2013b) et laisse envisager une biodisponibilité potentielle pour les organismes marins. Jusqu’alors, peu d’études se sont intéressées à la contamination par les pesticides de la lagune de Bizerte, cette thèse constituera donc un apport scientifique important au niveau l’étude de la vulnérabilité de cet écosystème lagunaire et aura des retombées sur la protection de l’activité aquacole.

Avec l’accroissement incessant des activités humaines, les zones côtières, les plus productives aux plans halieutique et aquacole, sont de plus en plus fragilisées et menacées par divers polluants organiques. Ainsi, la surveillance des milieux littoraux est devenue impérative pour la prévention et la recherche de solutions permettant la réduction des pressions anthropiques sur les écosystèmes et le maintien de leur qualité. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont :

1. Etudier les mécanismes de contamination des écosystèmes aquatiques (lagune de Bizerte) par les pesticides et comprendre la dynamique de transfert au sein des différents compartiments environnementaux (eau, sédiments).
2. Caractériser la variation spatio-temporelle des pesticides dans la lagune de Bizerte. Pour cela, des capteurs passifs POCIS (Polar Organic Chemical Sampler) seront particulièrement utilisés. Les développements de capteurs passifs engagés lors de la thèse d’Imtiaz Ibrahim (Ibrahim I. 2012, 2013 a et b) seront mis à profit dans le cadre de cette thèse.
3. Etudier les processus de dégradation abiotique (photodégradation) des pesticides cibles afin d’étudier le devenir de ces polluants dans l’écosystème aquatique.
4. Développer des procédures adaptées pour l’identification de pesticides et leurs produits de dégradation dans différentes matrices que ce soit pour l’étude de la contamination de la lagune ou bien pour l’étude des processus de transformation dans des conditions biotiques et abiotiques.

Ainsi, cette thèse s’inscrit principalement dans le Work-Package du LMI COSYS-Med « Mesurer la concentration des contaminants et étudier leur dynamique dans la colonne d’eau et le sédiment » afin d’évaluer leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques.

Mots Clés:

Yannick Igor FOGUE DJOMBOU

Caractérisation de l'endommagement des lauzes calcaires du Massif Central

Thèse de l'Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau) (ED n°584) soutenue le 29 mai 2019 à 14:00  à Alès

Directeurs de Thèse : Eric GARCIA-DIAZ (C2MA)
Encadrement : Laurent CLERC (C2MA), David SALZE (LGEI)
Laboratoire :C2MA (EMA) et  LGEI (EMA)

Résumé : La lauze désigne un matériau naturel en plaquette (sédimentaire (lauze calcaire, lauze de grès), métamorphique (lauze schiste) ou magmatique (lauze de phonolite)), obtenu par clivage le long des zones de fragilité horizontale de la roche. Cet éco-matériau est utilisé dans l'architecture vernaculaire et patrimoniale dans de nombreuses régions d'Europe, notamment dans le Massif central en France, où, il constitue un élément clé des paysages culturels agropastoraux méditerranéens du périmètre «Causses et Cévennes» inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO.

Ce matériau soumis à des conditions environnementales rudes peut se retrouver endommagé, compromettant ainsi sa fonction d’étanchéité. La variété d’environnements propices à la formation des lauzes du Massif central fait qu’elles ont une diversité de caractéristiques diagénétiques. Cette thèse a pour objectif de caractériser et de comprendre les processus d’endommagement des lauzes calcaires notamment lorsqu’elles sont soumises à divers cycles thermo-hydriques (gel/dégel, absorption/séchage, choc thermique), en se basant sur leur comportement en vibration, en relation avec leur caractéristiques diagénétiques.

Pour cela, différents aspects ont été abordés, notamment, d’une part l’utilisation de l’analyse modale expérimentale pour caractériser l’endommagement de lauze calcaire soumise à des cycles de gel/dégel. Et d’autre part la caractérisation du rôle et de l’importance des processus hydriques et thermiques dans les mécanismes de dégradation de ces matériaux, vis-à-vis de leurs propriétés physiques et de leurs caractéristiques diagénétiques, ont été examinées. Les méthodes de diagnostic des structures basées sur leur réponse en vibration et les méthodes d’identification mixtes numériques/expérimentales constituent des méthodes pratiques, robustes, pertinentes et non-invasives pour l’étude des processus d’endommagement de ces géomatériaux. Par ailleurs, la présence caractéristiques diagénétiques telles que les fissures et les stylolites au sein des lauzes influence leur performance mécanique et leur durabilité.

Les processus hydriques qui sont l’origine des dégradations de ces matériaux s’opèrent au sein de ces défauts diagénétiques. Enfin il est possible de prédire la susceptibilité d’une lauze à être gélive, soit à partir de l’évaluation de la quantité de glace formée dans les défauts diagénétiques, soit en se servant du savoir-faire traditionnel des artisans qui consistent à se servir du son produite par les lauzes.

Les modèles numériques en 3D seront analysés par l’utilisation d'un logiciel basé sur la méthode de la Dynamique des Contacts Non Réguliers. Les modélisations suivantes seront ensuite exposées : la création d’une roche et d'un ouvrage numérique pour simuler l'évolution spatio-temporelle de l'ensemble.

Mots Clés :

maisons lauze orange

Perrine BRANCHET

Identification des situations à risques sur la population urbaine vis à vis des pesticides et résidus de médicaments : étude du couplage ruissellement/contaminants chimiques au sein de l’hydrosystème de la Méfou (Cameroun)

Thèse de l'Ecole Doctorale GAIA (Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau) (ED n°584) soutenue le 23 novembre 2018 à 14:00 à Alès
Direction de thèse: Catherine GONZALEZ (EMA/LGEI)
Encadrement : Emmanuelle CADOT (HSM/IRD, encadrante principale)
Laboratoire d'accueil : LGEI (EMA)

Résumé : La pression démographique exponentielle de Yaoundé (Cameroun) et les activités domestiques, industrielles et agricoles qui en découlent contribuent à la pollution des eaux de surface du bassin versant du Mfoundi. Le manque d’assainissement collectif et les inondations urbaines récurrentes couplés aux contaminants du milieu représentent un aléa de pollution. En effet, des études antérieures ont montré la pollution microbiologique et physico-chimique de ces cours d’eau urbains. De plus, des produits phytosanitaires ont récemment été quantifiés, parfois à des concentrations largement supérieures aux normes de qualité en vigueur en Europe.

La pollution des milieux aquatiques par les pesticides est un sujet récurrent car ces produits phytosanitaires sont parfois persistants et impactent donc, sur le long terme, la qualité des masses d’eau. Plus récemment, la présence des résidus de médicaments dans les eaux de surface comme dans les eaux souterraines a été largement documentée notamment dans les pays Européen, en Asie et en Amérique.  Le risque écotoxicologique et sanitaire de ces composés nécessite une surveillance régulière afin d’évaluer leur impact sur la qualité des ressources en eau destinées à différents usages. Dans cette optique, la thèse portera sur l’étude de la situation hydro-phyto-sanitaire en ciblant, en particulier, les écoulements en eau au sein du bassin versant de la Mefou (Cameroun). La thèse sera plus spécifiquement axée sur l’interaction entre les processus de transfert sur le bassin (ruissellements et écoulements) et la présence de contaminants (pesticides et résidus médicamenteux). Grâce à des investigations menées sur le terrain (enquêtes, acquisitions de données), la thèse s’attachera à identifier les sources et les flux des contaminants cibles au sein du bassin versant. Il s’agira dans une première phase de caractériser la variation spatio-temporelle des pesticides et des résidus pharmaceutiques afin de corréler ces observations avec une approche de modélisation des ruissellements. Le devenir de ces contaminants est, en effet, lié au fonctionnement hydrodynamique du bassin versant et est contrôlé par divers facteurs (processus d’écoulement et de ruissellement, caractéristiques hydrologiques et géologiques, interaction avec la matière organique,…). Le bassin versant retenu pour cette thèse est très pertinent car soumis à des pressions multiples (urbaines, industrielles et agricoles) conjointement à une forte augmentation démographique. Par ailleurs, la région de Yaoundé étant soumise à un climat équatorial caractérisé par quatre saisons (grande saison sèche, petite saison des pluies, petite saison sèche, grande saison des pluies), induisant des caractéristiques hydrodynamiques contrastées qui peuvent impacter les processus de transfert des contaminants (notamment lors d’importantes inondations). Dans ce contexte, l’aléa de pollution sur ce bassin versant urbanisé et les risques écotoxicologiques et sanitaires sont des enjeux majeurs. Cette thèse s’intègre dans une étude plus vaste portant sur les ressources en eau à l’échelle du bassin versant de la Méfou dans le cadre de l’observatoire de l’environnement urbain et périurbain en milieu tropical humide.

Mots Clés : eaux de surface, contaminants émergents, pesticides, résidus médicamenteux, processus de transfert des contaminants, risques sanitaires, hydrosystème de la Mefou

Pyrène LARREY-LASALLE

MHarmonisation des méthodes d’évaluation environnementale : Vers la prise en compte des impacts de la fragmentation des habitats sur la biodiversité dans les méthodes d’évaluation environnementale – Application à des exemples en gestion de l’eau

Thèse en cotutelle et codirection avec l’IRSTEA dans le cadre de la chaire industrielle ELSA-PACT soutenue le  dd mm 2018 à ---
Direction de thèse: Ralph ROSENBAUM et Miguel LOPEZ-FERBER
Laboratoire d'accueil : LGEI - Laboratoire Génie de l'Environnement Industriel

Résumé : Parmi les méthodes d’évaluation des performances environnementales d’un système, il existe deux grandes familles : les approches « orientées sites » (type Etudes d’Impacts sur l’Environnement, EIE) ou « orientées produits » (type Analyse de Cycle de Vie, ACV). Ces deux approches ont des intérêts complémentaires et s’appuient sur des données pour la plupart communes. La première partie de la thèse a consisté à comparer les deux différentes approches en évaluation environnementale (EIE et ACV), dans le but de voir de quelle manière elles pourraient se compléter et s’enrichir l’une l’autre.
Sur la base d’une revue bibliographique, un cadre méthodologique pour l’intégration de l’ACV dans la procédure d’EIE a été proposé. Ces apports théoriques n’ont jamais été vérifiés sur un cas d’étude concret : nous avons donc appliqué la méthodologie proposée à deux cas d’étude contrastés d’unités de traitement de l’eau, afin de discuter de l’intérêt de l’ACV pour l’EIE ainsi que de la faisabilité d’une telle intégration.
Suite à cet état de l’art, différentes problématiques générales de recherche ont été formulées pour améliorer l’une et/ou l’autre de ces deux approches. L’une de ces problématiques, à fort enjeu sociétal, consiste en la définition ou en l’amélioration de nouvelles catégories d’impact, pertinentes localement, telles que l’utilisation de l’eau ou l’utilisation des sols. Dans cette optique, la question de l’impact de l’utilisation des sols sur la biodiversité a été retenue.
Sur la base d’un état de l’art de l’utilisation des sols en ACV, un des principaux besoins de recherche identifiés était de ne pas seulement considérer la perte d’habitat mais aussi la fragmentation d’habitat.
L’étude de la fragmentation des habitats dans la littérature écologique a ensuite permis de proposer des indicateurs pertinents pour la prise en compte de cette pression, qui s’appuient sur le concept de métapopulation. Dans un premier temps, une procédure pour le calcul des indicateurs à l’échelle de l’écorégion a été proposée (couplage traitement SIG sous QGIS / calcul matriciel sous Python).
Sur une écorégion donnée, deux modèles de capacité de métapopulation (λ) seront testés et des analyses de sensibilité à des paramètres d’entrée seront réalisées. La « procédure à grande échelle » sera utilisée pour calculer l’indicateur de stress associé à la fragmentation à l’échelle mondiale, en se limitant aux « points chauds de biodiversité », soit 36 écorégions, et pour différents taxa. Cet indicateur pourra aussi bien être utilisé en écologie qu’en ACV (indicateur midpoint ou orienté « problèmes »).
Dans un second temps, l’application du stress de fragmentation en ACV sera discutée, en lien avec la prise en compte actuelle du land-use en ACV et les indicateurs existants. La possibilité d’améliorer les indicateurs endpoint (ou orientés dommages) existants basés sur les relations Aire-Espèces (SAR) sera également explorée, toujours sur une écorégion donnée (preuve de concept)..

Mots Clés:

Michaël SAVARY

Modélisation et prévision de l'hydrodynamique et de la réponse turbide d’une source karstique par apprentissage statistique

Thèse de l'École doctorale Normande de Biologie Intégrative, Santé et Environnement (EdN BISE 497) soutenue le 12 juillet 2018 à Rouen
Direction de thèse: Nicolas MASSEI (Université de Rouen), Anne JOHANNET-BERTIN (EMA), Jean-Paul DUPONT (Université de Rouen)
Laboratoire d'accueil : LGEI - Laboratoire Génie de l'Environnement Industriel

Résumé: L’apprentissage statistique et plus particulièrement les réseaux de neurones artificiels ont prouvé leur efficacité pour la modélisation hydrodynamique des aquifères karstiques. Si de nombreuses études sur la modélisation hydrodynamique des bassins souterrains ou de surface ont été réalisées par apprentissage statistique depuis plus de 2 décennies, les utilisations pour estimer les concentrations de polluants ou la turbidité sont beaucoup plus rares ; en effet prévoir une concentration nécessite de prévoir à la fois la grandeur d’état concernant le transfert de masse ainsi que celle concernant le transfert d’énergie. L'apprentissage statistique par réseaux de neurones représente une catégorie d'outils parmi les mieux à même de traiter le caractère non-linéaire de la réponse turbide aux précipitations, qui peut à la fois incomber aux variations des conditions climatiques et physiques du milieu (évapo-transpiration, couvert végétal, piézométrie dans l'aquifère) et aux mécanismes de transport des particules en suspension (transfert direct, remise en suspension).

Le travail de modélisation prévu s'intéressera à :

1- Modélisation et prévision hydrodynamique du bassin d’alimentation de la source, recherche de l’horizon maximum de prévision.

2- Modélisation de la turbidité avec ou sans couplage explicite avec les variables hydrodynamique (débit ou hauteur d'eau) et géochimique (conductivité électrique).

3- Prévision de la turbidité.

Le captage d'Yport pourrait faire l'objet du développement et de l'application de cette approche. Ce captage côtier, sensible aux variations tidales, est un captage majeur pour l'AEP de la communauté d'agglomération havraise (CODAH). Son bassin versant est bien instrumenté et fait l'objet d'une suivi intensif par la CODAH du point de vue des précipitations, de la hauteur d'eau et de la turbidité au captage. Des études récentes ont en outre contribué à préciser le cadre hydrogéologique régional du bec de Caux (Thèse G.Hanin), dans lequel s'inscrit le site AEP d'Yport. Compte-tenu à la fois de la disponibilité de données de qualité, de l'enjeu socio-économique lié à ce captage grenelle et des connaissances sur l'hydrogéologie et la géologie régionales, le site d'Yport apparaît comme un excellent candidat pour le déploiement de l'approche dont ce projet fait l'objet.

Mots clés:

Charlotte PRADINAUD

Empreinte eau et ACV d’impacts de la consommation d’eau : développement d’indicateur(s) de qualité d’eau.

Thèse de l'École doctorale GAIA : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau soutenue le 25 avril 2018 Montpellier
Direction de thèse: Ralph K. ROSENBAUM (IRSTEA), Guillaume JUNQUA (EMA)
Cette thèse se déroule en cotutelle et codirection avec l’IRSTEA dans le cadre de la chaire industrielle ELSA-PACT

Laboratoire d'accueil : IRSTEA - ITAP et EMA - LGEI

Résumé : Maintenir la qualité des ressources en eau est l'un des défis majeurs auxquels la société d’aujourd’hui doit faire face. Il est donc primordial que ce critère soit intégré correctement dans les méthodes d’analyse d’impacts environnementaux, tel que l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cependant, l’estimation de la qualité de l’eau et la manière dont cette information est utilisée dans les modèles d’évaluation d’impacts soulève un certain nombre de challenges méthodologiques, d’où la problématique de recherche : « Comment considérer la qualité de l’eau dans l’évaluation des impacts de l’utilisation de l’eau en ACV, de l’inventaire aux Aires de Protection ? ». Ce travail de thèse propose dans un premier temps une étude approfondie du rôle et de la nécessité de l’information « qualité de l’eau » dans l’évaluation des impacts de plusieurs type d’utilisation d’eau (usage consommatif, dégradatif et amélioration de la qualité). Cette étude s’applique aux différentes chaines de causalité de manière mécanistique, jusqu’aux trois Aires de Protection (AoP) santé humaine, qualité des écosystèmes et ressources naturelles. Afin d’améliorer la compréhension et la considération des impacts de l’utilisation de l’eau sur l’AoP ressources naturelles, un cadre théorique consensuel élaboré en collaboration avec WULCA (le groupe Water Use in LCA, de l’UNEP-SETAC Life Cycle Initiative) est défini. Ce cadre fournit une base solide pour l’élaboration cohérente de méthodes d’analyse d’impacts, permettant d’évaluer la diminution irréversible de la disponibilité physique de l'eau douce et/ou de son degré d'utilisabilité pour les générations futures. La thèse se conclut par le développement d’un modèle de caractérisation d’impacts de la dégradation des ressources en eau causée par des émissions. Des facteurs de caractérisation sont calculés pour cinq métaux, au niveau midpoint. L’application de ces indicateurs permet d’améliorer l’interprétabilité des résultats concernant les défis futurs liés aux ressources en eau ainsi que les résultats des impacts sur la santé humaine liés aux problèmes de qualité d’eau.

La démarche sera appliquée sur un ou plusieurs exemples d’activités ayant de fortes pressions environnementales sur la qualité ou la ressource locale en eau (ex : technologies d’approvisionnement en eau, gestion territoriale de la ressource en eau, etc.).

Mots Clés:

Résumé en français

Suzana OLIVEIRA-LEAO

Développement d’un cadre pour la prise en compte de différentes sources régionales d’eau en ACV (mix d’approvisionnement d’eau).

Thèse de l'École doctorale GAIA : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau soutenue le 23 avril 2018 à Montpellier
Direction de thèse: Ralph K. ROSENBAUM (IRSTEA), Guillaume JUNQUA (EMA)
Cette thèse se déroule en cotutelle et codirection avec l’IRSTEA dans le cadre de la chaire industrielle ELSA-PACT

Laboratoire d'accueil : IRSTEA - ITAP et EMA - LGEI

Résumé: L’objectif principal de la thèse est d’inclure dans l’étape de l’inventaire du cycle de vie l’information sur la source et la qualité de l’eau utilisée selon le type d’activités humaines (usages agricoles, domestiques, industriels, etc.) et pour chaque région (pays/bassin versant) du monde. L’influence des facteurs socioéconomiques et climatiques sur la disponibilité régionale des futures ressources en eau constituera également un des axes de travail de la thèse dans l’objectif de développer plusieurs scénarios prospectifs sur la disponibilité des ressources en eau et la capacité d’adaptation des différentes régions du monde.

La démarche sera appliquée sur un ou plusieurs exemples d’activités ayant de fortes pressions environnementales sur la qualité ou la ressource locale en eau (ex : technologies d’approvisionnement en eau, gestion territoriale de la ressource d’eau, etc.).

Mots Clés:

Résumé en français

Kouadio Assemien F. YAO

Développement d’une méthodologie pour une meilleur évaluation des impacts environnementaux de l’industrie extractive
Application au contexte ivoirien sur le bassin versant du Bandama

Thèse de l'Ecole Doctorale GAIA
(Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau), soutenue le 2 février 2018 à Alès
Direction de Thèse : Miguel LOPEZ-FERBER et Théophile LASM
Laboratoire d'accueil : LGEI - Laboratoire Génie de l'Environnement Industriel

Résumé : L’industrie minière joue un rôle important dans le développement économique de nos pays. Cependant, les projets miniers font de nos jours face à de sérieuses oppositions tant des communautés locales que des organismes de protection de l'environnement, en raison des impacts potentiels associés à l'extraction minière. Pour concilier les besoins de production de matières premières (assurer le développement économique) et la prise en compte de la préservation de la qualité de l'environnement, il est nécessaire d'évaluer les impacts environnementaux potentiels, conséquences des activités minières avant leur début et choisir les meilleures options d’un point de vue environnemental. L’Étude d’Impact Environnemental (EIE) est une procédure qui permet d’identifier et d’évaluer les impacts d’un projet. Les projets miniers sont assujettis à une telle étude. Or bien que la procédure d’EIE soit obligatoire, la réglementation ne prescrit aucune méthode d’évaluation des impacts ; qui est laissée au choix du praticien. L’objectif général de cette thèse est de proposer une méthode permettant d’évaluer plus efficacement les impacts environnementaux de l’industrie minière. Pour y parvenir deux approches ont été explorées : la méthodologie d’Analyse et d’Évaluation des Impacts environnementaux Miniers (MAEIMIN) développée dans cette thèse et la méthodologie d’Analyse de Cycle Vie (ACV) qui est une technique standardisée ISO. MAEIMIN est une technique basée sur la démarche d’analyse de risque et permet d’évaluer les impacts en prenant en comptes les conditions climatiques, géologiques et de l’état initial de la zone. L’ACV quant à elle, permet d’évaluer les impacts produits sur le site et ceux générés hors du site mais dont les activités génératrices sont liées au système étudié. Ces méthodes ont été mises en oeuvre sur une mine d’or en Côte d’Ivoire. MAEIMIN, en prenant en compte les caractéristiques particulières de la zone d’étude, a montré des résultats d’impacts élevés aussi bien pour la pollution des eaux de surface que pour les eaux souterraines, principalement aux étapes d’exploitation et d’après-mine. Cette étude a également montré que les sources de pollution entraînant des impacts de niveau élevé comprennent les dépôts de résidus (terrils et effluents), les sols préalablement contaminées par des retombées de poussière et les travaux miniers. S’agissant de l’ACV, qui est par essence une méthode généraliste, elle a permis plus particulièrement de mettre en évidence des impacts off-site assez significatifs. Pour les effets on-site, l’étude a montré que les impacts sur la santé humaine sont essentiellement dus aux émissions de métaux par les activités d’exploitation (traitement du minerai et gestion des résidus miniers ainsi que les émissions de l’abattage). Enfin, notre travail a permis de montrer une meilleure prise en compte de l’ensemble des impacts par une combinaison de MAEIMIN et de l’ACV dans les procédures d’EIE.

Mots-clés : Impact environnemental, Évaluation, Industrie minière, MAEIMIN, ACV.

Pour les séminaires scientifiques de l'équipe : voici la présentation du 20 janvier dernier :

  • Présentation du séminaire de Assemien Kouadio YAO
  • Séminaire scientifique du 20 janvier 2015 : Présentation du sujet de thèse de Assémiane Kouadio YAO. La conférence a présenté l’état d’avancement de la recherche bibliographique. Cette présentation a permis d’expliquer les mots clés du thème  et de donner un aperçu de la méthodologie envisagée pour cette thèse qui commence.

Erwan CARRE

Qualité biologique des eaux usées traitées en vue de la réutilisation

Thèse de l'Université de Lyon, soutenue le 6 juillet 2017 à Alès
Directeur de thèse : Miguel LOPEZ-FERBER
Co-encadrants : Liming Lin (encadrant de proximité), Vincent Jauzein (encadrant SAUR)
SIS (Sciences Ingénierie Santé – Lyon)
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé : La réutilisation des eaux usées traitées (REUT) est un concept qui associe une ressource (les eaux usées), un traitement (par une station d’épuration avec éventuellement un affinage complémentaire) et des usages.

Les réglementations sont plus ou moins contraignantes selon les pays et selon les  usages visés. En France, l’arrêté du 2 août 2010 (modifié le 25 juin 2014), définit différentes qualités d’eau selon les usages pour l’irrigation de cultures ou d’espaces verts.

Pour atteindre le niveau de qualité le plus contraignant, la mise en place d’un traitement complémentaire de filtration et de désinfection en aval des traitements primaire et secondaire réalisés en station d’épuration est le plus souvent nécessaire.

Le projet NOWMMA (New Process for Optimizing Wastewater Reuse from Mauguio to the Mediterranean Area in support of the French Reuse Directive) vise à démontrer le savoir-faire d’un ensemble de partenaires industriels, scientifiques et institutionnels au travers d’une plateforme démonstratrice de REUT installée sur la station d’épuration de Mauguio (34).

La thèse est adossée à ce projet et a pour objectif global d’étudier les conditions permettant de garantir les performances d’une filière de REUT au niveau de la qualité biologique. La première partie vise à définir les paramètres et méthodes analytiques les plus adaptés à la matrice d’eau et aux procédés. Par la suite, un bilan des filières technologiques sera réalisé avec pour objectif d’associer une qualité d’eau à traiter et la filière la plus adaptée en tenant compte de la réglementation, des usages, et des contraintes locales (zone géographique du bassin méditerranéen). La désinfection UV sera particulièrement étudiée et notamment l’influence de la qualité d’eau à traiter sur l’efficacité du traitement.

Mots clés: réutilisation des eaux usées traitées, dénombrement des microorganismes indicateurs, désinfection UV, filtration sur sable, spectrométrie UV/Visible

Plateforme expérimentale de REUT (Réutilisation des Eaux Usées Traitées), Mauguio (34)

Thomas DARRAS

Prévision des crues rapides par apprentissage statistique.

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 2 novembre 2015 à Alès

Directeur de thèse :Anne JOHANNET - Severin PISTRE
Intitulé de la formation doctorale :  , Université Montpellier 2
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: Ce travail s’inscrit dans un projet qui a pour objectif le développement de nouveaux outils opérationnels de vigilance et de prévision en cas de crue rapide, fondés sur la mise en œuvre de modèles conçus par apprentissage statistique. Les sites d’étude et de déploiement sont le bassin versant du Gardon à Remoulins et ses exutoires amonts, complétés par d’autres bassins tels les bassins versants de la Cèze, de l’Ardèche ou des bassins karstiques comme le Lez. Ces sites sont connus pour leurs crues soudaines et dévastatrices. Néanmoins, la méthodologie développée sera générique, et pourra s’appliquer dans l’avenir à d’autres bassins versants.

Le projet est réalisé en partenariat avec le SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations) a pour finalité opérationnelle d’alimenter la carte « vigicrue » accessible sur internet pour les bassins versants visés.

Pour atteindre cet objectif, on utilisera des techniques d’apprentissage artificiel (réseaux de neurones), pour élaborer des modèles dynamiques non linéaires. Ces méthodes permettent d’utiliser des données d’entrée de différents types (intensité des pluies, spatialisation,…) pour estimer la grandeur à prédire. En particulier on s’intéressera à la distribution statistique des signaux de précipitation et de débit et on cherchera à extraire l’information la plus pertinente de ces signaux par des analyses corrélatoires, spectrales et des décompositions multi-résolutions.

Mots clés :

Nicolas MAT

Dynamiques de transition vers une société à bas-carbone : Etude des processus d’adaptation et des capacités de résilience dans le contexte des territoires portuaires.

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 28 octobre 2015 à Alès

Directeur de thèse : Miguel LOPEZ-FERBER
Intitulé de la formation doctorale :  , Université Montpellier 2
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé : L’écologie industrielle, telle que définie classiquement, vise une dématérialisation de l’économie permettant à terme d’engendrer un découplage de la croissance, de la génération d’impacts environnementaux et de la consommation de matières premières, notamment énergétiques. S’inspirant du mode de fonctionnement des systèmes biologiques, plusieurs moyens sont mobilisables afin d’atteindre cet objectif : 1/ le bouclage systématique des flux de matières et d’énergie, 2/ la limitation des pertes dissipatives et substances polluantes, 3/ le recours aux principes de l’économie de fonctionnalité, 4/ la décarbonisation de l’économie. L’écologie industrielle et territoriale permet donc de révéler des possibilités d’échanges de flux de matières et d’énergies et de renouveler les dynamiques de coopération entre acteurs. Dans un contexte de raréfaction des ressources et de tension sur le prix de certaines matières premières, notamment énergétiques, les acteurs économiques s’engagent progressivement dans des démarches collaboratives de gestion des ressources, et ce à des échelles territoriales multiples : zones d’activités économiques, agglomérations urbaines, régions, etc.

Évoluant dans un contexte économique international très concurrentiel, les territoires portuaires sont directement exposés aux grands enjeux de développement durable au point de vue économique (maintien et développement des activités implantées, rayonnement international), social (ancrage territorial des entreprises et délocalisation d’emplois, intensité d’emploi des filières, accroissement des populations sur les littoraux) et environnemental (prévention des risques et des pollutions, gestion des flux de ressources, de matières et d’énergie, défis du Low Carbon). Voyant dans ce concept d’écologie industrielle un facteur de différenciation non négligeable, les territoires portuaires s’intéressent de plus en plus à cette approche innovante de gestion de leurs ressources, qui peut in fine contribuer à de nouvelles relations Ville-Port et favoriser l’attractivité économique de ces territoires. Historiquement, les secteurs énergétiques ont ainsi su mettre en œuvre au sein de ces territoires des synergies de flux leur permettant d’optimiser l’utilisation des ressources et la gestion des sous-produits, à travers l’utilisation en cascade de vecteurs énergétiques et la mutualisation d’équipements de traitement des effluents par exemple. Les territoires portuaires peuvent ainsi apparaître comme des laboratoires pertinents pour la mise en œuvre de l’écologie industrielle, eu égard à la grande diversité de flux de matières (matières premières, semi-transformées et résiduelles) et d’énergie en présence.  

Ce travail de recherche a pour objectif d’interroger en quoi les principes de l’écologie industrielle et territoriale peuvent orienter efficacement les politiques de gestion et d’aménagement des territoires portuaires, au sein desquels de nombreuses synergies s’opèrent déjà au sein des zones industrialo-portuaires, mais où de nouvelles opportunités pourraient émerger à l’interface des autres grandes composantes de ces territoires (industrielle, agricole et urbaine) sur une grande variété de flux et sur la base de nouvelles complémentarités entre fonctions territoriales. Ce travail de recherche explore notamment les potentiels d’analogie de fonctionnement entre les systèmes agronomiques et l’évolution des systèmes territoriaux portuaires, pour tendre in fine vers une transition écologique et énergétique. Par ailleurs, il explore les potentiels de développement de nouveaux modes et méthodes de gestion multi-partenariale et concertée de flux à enjeux (énergie, eau, etc.) au sein de ces territoires cristallisant des jeux d’acteurs autour du partage des ressources.

Mots clés : écologie industrielle et territoriale, transition énergétique et écologique, territoires portuaires.

Luong PHAN

Etude des structures en maçonnerie du génie civil par la méthode des éléments discrets: apports de la méthode Non Smooth Contact Dynamics

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 6 octobre 2015 à Alès

Directeur de thèse : Marc VINCHES
Intitulé de la formation doctorale : I2S  Information Structures Systèmes , Université Montpellier 2
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: La méthode dynamique des contacts non-réguliers, plus connue sous le nom «Non-Smooth Contact Dynamics method», sur laquelle est basé le logiciel LMGC90® utilisé comme support dans le travail de recherche proposé, permet de considérer le comportement de collections de solides rigides, éventuellement concaves, soumises à des sollicitations dynamiques et pouvant comporter plusieurs milliers de blocs.

La prise en compte de lois d’adhésion, et de frottement de Coulomb, est possible. On peut également simuler de la précontrainte entre divers éléments solides.

Des développements sont en cours pour gérer le comportement de solides déformables, en trois dimensions, ce qui permet d’avoir accès localement à des niveaux de contraintes dans les éléments discrets constituant la structure, et permettra, à terme, de simuler l’apparition de zone endommagées, ou fracturées dans ces éléments, sous sollicitation sismique réaliste.

A la suite de plusieurs travaux de recherche en thèse réalisés sur le comportement de structures en grand appareil, la modélisation de structures maçonnées, éventuellement renforcées par de la précontrainte, apparaît comme une piste prometteuse tant dans le domaine du génie civil que de l’architecture.

Mots clés:

Benoit GRAILLOT

Analyse de la durabilité de la lutte biologique à l'aide de baculovirus dans les conditions de protection des cultures.

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 17 avril 2015 à Alès

Directeur de thèse : Miguel LOPEZ-FERBER
Encadrement :
Intitulé de la formation doctorale :
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: Le Carpocapse des pommes ou « ver de la pomme » (Cydia pomonella) est le principal ravageur des vergers de pommiers et de poiriers à travers le monde. Un moyen de contrôle biologique est utilisé pour lutter contre ses ravages, le virus de la granulose (Cydia pomonella granulovirus ou CpGV). Chaque granulovirus étant spécifique d’un ou quelques insectes et inoffensif pour tous les autres êtres vivants, l’emploi de ces virus rentre dans les objectifs de diminution de l’utilisation des insecticides chimiques et de préservation de l’environnement.

Le CpGV est l’une des rares ressources à disposition pour l’« Agriculture Biologique ». Après plus de 20 ans d’utilisation à grande échelle d’un isolat viral, dans certaines localités, des populations résistantes de Carpocapse des pommes ont été détectées, mettant en question la durabilité de cette méthode de régulation des populations.

Dans le cadre d’un projet subventionné par l’Agence Nationale de la Recherche et d’une thèse, une nouvelle approche a été développée pour pérenniser l’efficacité de ces moyens de contrôle. Un nouveau variant du CpGV, le CpGV-R5 a été obtenu permettant de contourner la résistance du Carpocapse au virus au laboratoire comme au champ.

L’objectif de cette thèse est d’étudier l’adaptation de variants viraux à des populations résistantes d’insectes qu’elles soient de la même espèce ou d’espèces différentes.

Le but de ces recherches est de maintenir la durabilité de l’emploi des méthodes de lutte à base de virus pour la protection des cultures.

Mots Clés:

Virgile TAVER

Caractérisation et modélisation hydrodynamique des karsts par réseaux de neurones. Application à l'hydrosystème du Lez (France).

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 23 Avril 2014 à Alès

Nom du directeur de thèse : Pr  S. PISTRE & Dr A. JOHANNET-BERTIN
Encadrement : V. BOREL (Hydrosciences Montpellier) et M. VINCHES (EMA)
Intitulé de la formation doctorale :
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: La connaissance du fonctionnement hydrodynamique des karsts représente un enjeu planétaire pour la ressource en eau car ils alimentent en eau potable près de 25% de la population mondiale. Néanmoins, la complexité, l’anisotropie, l’hétérogénéité, la non-linéarité et l’éventuelle non-stationnarité de ces aquifères en font des objets encore largement sous-exploités du fait de la difficulté de caractériser leur morphologie et leur fonctionnement hydrodynamique. Dans ce contexte, le paradigme systémique permet d’apporter de nouvelles méthodes en étudiant ces hydrosystèmes au travers de la relation entre leurs signaux d’entrée (pluie) et de sortie (débit). Ainsi ce travail porte sur l’utilisatio

  • i) d’analyses corrélatoires et spectrales pour caractériser la réponse des hydrosystèmes karstiques,
  • ii) des réseaux de neurones pour étudier les relations linéaires et non-linéaires de ces hydrosystèmes

Pour ce faire, différents types de configuration de modèles par réseau de neurones sont explorés afin de comparer le comportement et les performances de ces modèles.

On cherche à contraindre ces modèles pour les rendre interprétables en terme de processus hydrodynamiques en rapprochant le fonctionnement du modèle à celui du système naturel afin d’obtenir une bonne représentation et d’extraire des connaissances à partir des paramètres du modèle. Les résultats obtenus par les analyses corrélatoires et spectrales permettent d’orienter la configuration des modèles de réseaux de neurones. Appliqués à l’hydrosystème du Lez sur la période 1950-1967, les résultats montrent que les réseaux de neurones sont à même de modéliser les hydrosystèmes au fonctionnement non-linéaires.

L’utilisation de deux hydrosystèmes variant dans le temps (la Durance en France et Fernow aux USA) tend à souligner la capacité des réseaux de neurones à modéliser efficacement les systèmes non sta! tionnaires. Des méthodes d’ajustement en temps réel (adapt! ativité et assimilation de données) permettent d’accroître les performances des modèles par apprentissage statistique face à des modifications des entrées ou du système lui-même.

Finalement, ces différentes méthodes d’analyse et de modélisation permettent d’améliorer la connaissance de la relation pluie-débit. Les outils méthodologiques réalisés dans cette thèse ont pu être développés à partir de l’application à l’hydrosystème du Lez dont le fonctionnement est étudié depuis des décennies. Cette méthodologie d’étude et de modélisation présente l’avantage d’être transposable à d’autres systèmes

Mots clés: réseau de neurones, hydrodynamique, karst, traitement du signal, modélisation

Aziza Ibn HADJ HASSINE

Evaluation de l'activité œstrogénique de contaminants et développement d'un bio-récepteur
d'affinité pour la détection d'une xéno-hormone

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 23 Avril 2014 à Alès

Nom du directeur de thèse: Pr C. GONZALEZ
Intitulé de la formation doctorale : Sciences et Génie de l'Environnement
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Les biomolécules (acides, protéines, anticorps) sont utilisées comme élément de reconnaissance (ERB) pour le monitoring de matrices environnementales. Les systèmes les plus développés utilisent les anticorps comme molécules biologiques car elles présentent la plus forte affinité envers un ligand. L’immobilisation d’anticorps sur une surface solide est couramment utilisée pour la mise au point de test de diagnostic comme le test ELISA (Enzyme-Linke Immunosorbent Assay).

Le développement de ces outils nécessite l’élaboration de membranes ou de colonnes ayant un l’élément de reconnaissance (anticorps ou protéine) « affin » pour le polluant recherché immobilisé à sa surface et correctement orienté. C’est notamment le cas pour l’élaboration de systèmes rapides d’immunoassay pour la détection de toxines (Rusanova, T.Y et al. 2009 ; Shim et al. 2009, Kolosova et al. 2007).

Différentes études ont été menées pour immobiliser des anticorps sur une membrane. Ces techniques incluent le « spotting » sur une surface solide (Knezevic et al. 2001), la liaison covalente sur une surface activée comme la fonction glutaraldéhyde utilisée pour immobiliser les anticorps sur des membranes de polyallylamine (PAA) (Angenendt et al. 2002, Nielsen et al. 2004), l’immobilisation de la protéine via la biotine (J.B. Delehanty et al. 2003 ; P. Peluso et al. 2003) ou d’un tag histidine (S.R. Ahmed et al. 2006 b). Des protéines spécifiques peuvent être également utilisées pour l’immobilisation des anticorps (Vijayendran et al. 2001). Des travaux ont montré la possibilité d’immobiliser les anticorps en immobilisant la protéine d’orientation taguée par chélation sur des billes Nitrilotriacetic acid Nickel (NTA) (Johnson et al. 2005) et sur du chitosan Ni++ (S.R. Ahmed et al. 2006 b) après plusieurs réactions biochimiques successives.

Aucune étude n’a été cependant menée sur les conditions nécessaires pour la réaction en une seule étape entre les ions (nickel, cuivre, zinc) la protéine d’orientation et les anticorps (condition de pH, temps d’incubation etc…) et les conditions nécessaires à une réaction biochimique réversible entre l’ion ( ex : le nickel ou le zinc) et la protéine d’orientation. De même, la fixation covalente et orientée de la protéine d’orientation en utilisant une réaction enzymatique comme la tyrosinase a été étudiée sur la polyallylamine (PAA) (S.R. Ahmed et al. 2006 b) mais aucune ne porte sur d’autre polymères ou biopolymeres.  Il serait également intéressant d’étudier les conditions de fixation de d’autres biomolécules comme les peptides sur ces polymères. Ces réactions biochimiques doivent être possibles dans des matrices complexes comme des fluides biologiques, des matrices environnementales complexes ou encore des matrices agroalimentaires. Cette étude sera limitée à une application dans le vin rouge pour la détection de mycotoxines ;  comme l’ochratoxine A ou certains métabolites de mycotoxines. Cependant, les mécanismes biochimiques étudiés dans le cadre de cette thèse pourront être transposés à la détection d’autres contaminants.

Objectifs: L’objectif de la thèse est de comprendre et de maitriser les différents mécanismes biochimiques permettant la fixation, l’immobilisation et l’orientation d’anticorps sur un support (bio)polymérique  dans le but de mettre au point un système de biodétection.

La première partie de la thèse sera consacrée à la compréhension et à la maitrise des différentes réactions biochimiques permettant la fixation et l’orientation d’anticorps sur un (bio)polymere. Dans un second temps, les études seront réalisées en utilisant un peptide. Les conditions nécessaires à sa fixation covalente sur le biopolymère permettra la mise au point d’un système constitué d’un élément de reconnaissance biologique remplaçant les anticorps. Enfin, des études seront menées afin d’examiner la possibilité d’avoir une réaction réversible entre des protéines taguées Histidine et des ions nickel. Le model d’étude et d’application portera sur la détection de l’ochratoxine A dans le vin rouge.

Mots clés: 

Thèse en français

Juliette CERCEAU

Métabolisme de l’eau dans les zones industrielles et portuaires

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 12 décembre 2013 à Alès

Nom du directeur de thèse: Pr C. GONZALEZ
Intitulé de la formation doctorale :
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: L’écologie industrielle, ou économie circulaire, pose les principes d’une transition du système industriel. Ce processus de transition du système industriel a longtemps été abordé par le prisme de l’innovation technique des procédés pour la mise en œuvre de synergies entre entreprises (valorisation des déchets comme ressources, bouclage des cycles de matière, minimisation des émissions dissipatives, etc.) L’enjeu est aujourd’hui d’intégrer et surtout de mettre en œuvre une pluridisciplinarité permettant d’articuler cette approche technique  à une approche davantage ancrée dans un contexte territorial (contexte économique, contexte sociologique, contexte environnemental).

Ce travail de recherche a pour objectif de contribuer au développement de l’écologie industrielle comme discipline, en développant une approche innovante: l’écologie industrielle comprise comme processus de construction collective de la connaissance territoriale, c’est-à-dire comme développement de la connaissance collective et développement du collectif par la connaissance : en quoi et comment la co-construction d’une connaissance territoriale contribue-t-elle à une « auto-organisation » de l’écosystème industriel dans le sens d’une optimisation de la gestion des ressources ?

Pour répondre à cette problématique, ce travail de recherche explore les conséquences conceptuelles, méthodologiques et opérationnelles de l’hypothèse suivante: mimant le processus de stimuli/réponses des systèmes biologiques, les systèmes industriels peuvent améliorer leur perception des stimuli territoriaux et développer un processus de connaissance collective permettant la conversion de ces données en information, puis en connaissance, afin d’alimenter un processus de prise de décision cohérent avec les enjeux du système territorial. Il se concentrera sur le développement d’un outil d’analyse territoriale capable de capter et d’agréger les représentations que les acteurs se font des priorités territoriales en matière de gestion des déchets sur leurs territoires afin de légitimer un positionnement stratégique et organisationnel de l’écologie industrielle en réponse aux forces et faiblesses territoriales.

Mots clés : écologie industrielle, écologie territoriale, intelligence collective, analogie entre systèmes biologiques et systèmes anthropiques.

IBRAHIM Imtiaz

Développement des techniques d’échantillonnage passif pour l’étude des polluants organiques dans les systèmes aquatiques.

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 7 décembre 2010 à Alès

En co-direction avec le BRGM d’Orléans

Nom du directeur de thèse: Pr C. GONZALEZ
Intitulé de la formation doctorale :
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé:

Contexte:

La protection de la ressource en eau (eaux souterraines, eaux surface) nécessite des contrôles réguliers de sa qualité. Le suivi qualitatif d’un site (industriel ou naturel) repose sur une stratégie d’échantillonnage qui est conditionnée par la nature du polluant, les conditions d’échantillonnage, le contexte géologique et hydrogéologique, l’erreur acceptable, … toute une série de paramètres qui doivent être préalablement déterminés et confrontés avec le coût de l’opération. Une collaboration entre ARMINES et le BRGM et l’Université de Portsmouth est valorisé au travers de cette thèse portant sur les aspects quantitatifs, de calibration et de validation (en laboratoire puis de transposition sur site en conditions naturelles). Les développements sont actuellement axés sur les polluants prioritaires et émergents. Il existe un certain nombre d’outils disponibles dont les applications environnementales sont multiples, aussi bien en termes de monitoring que de compréhension des phénomènes de transport/transfert des polluants. Différents types d’échantillonneurs passifs ont été développés au cours des 20 dernières années, dont certains sont déjà commercialisés (Diffusion Gradient Thin Film Devices-DGT), SPMDs, Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), d’autres sont en phase de validation ou de pré-commercialisation (Chemcatcher samplers , MESCO devices, “Gdansk sampler”) et d’autres sont encore en cours de développement (Stabilised Liquid Membrane Device (SLMD)). Tous ces outils présentent différents avantages et offrent de nombreuses applications dans le monitoring environnemental ; ce sont notamment des outils prometteurs dans l’optique d’une harmonisation des programmes de surveillance environnementaux à l’échelle européenne. Néanmoins, il existe des disparités dans l’avancement technologique de ces différents échantillonneurs passifs, et de nombreux malentendus et idées erronées persistent quant aux performances et capacités de ces outils. Ces points ont entrainé un faible niveau d’acceptation de ces outils dans les politiques de surveillance des systèmes aquatiques qui semblent largement injustifiés si l’on considère les performances réelles de ces outils.

Objectif:

Les risques écotoxicologique et sanitaire liés à la présence de composés phytopharmaceutiques dans les écosystèmes aquatiques nécessitent un contrôle régulier de la qualité de l’eau. Les méthodes conventionnelles d’échantillonnage mises en place pour réaliser le suivi de la pollution sont parfois insuffisantes et inadaptées. Une méthode alternative faisant appel à des échantillonneurs passifs a été développée et actuellement utilisée afin de répondre à différentes questions environnementales liées à la présence des pesticides dans les milieux aquatiques. La thèse, menée en collaboration avec l’Ecole des Mines d’Alès et le BRGM d’Orléans, se concentre plus particulièrement sur l’étude de deux types d’échantillonneurs passifs : les Chemcatchers® et les POCIS. Les objectifs fixés sont les suivants :

  • Développement de méthodes de calibration permettant l’utilisation des échantillonneurs passifs comme outils quantitatifs pour un suivi dans le temps du niveau de pollution des eaux par les pesticides (Validation laboratoire et in-situ des outils).
  • Mise en œuvre opérationnelle des POCIS et des Chemcatchers® sur terrain (eaux souterraines /eaux de surface) et détermination de leurs champs et limites d’applications.
  • Evaluation et comparaison du potentiel des échantillonneurs passifs par rapport aux méthodes classiques d’échantillonnage.

Mots clés:

Stéphanie MAHE

Etude de la dfracturation et déformation d’un massif rocheux aux abords d’une faille d’échelle crustale (Pyrénées orientales)

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 6 décembre 2013 à Montpellier

Nom du directeur de thèse: Pr M. VINCHES, Pr Alain CHAUVET
Intitulé de la formation doctorale : CNRS – GéoSciences, Université MONTPELLIER II
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: La route nationale 125, qui relie Toulouse à l’Espagne, fait actuellement l’objet d’un grand projet de déviation routière piloté par la DREAL Midi-Pyrénées. L’objectif est de faciliter la circulation des usagers et de désenclaver les villages traversés, et notamment le village de Saint Béat (31), limité à l’est et à l’ouest par deux massifs de marbre. Cette déviation comprend un ouvrage sur la Garonne et un tunnel d’une longueur de 1,1 km creusé dans la partie ouest du Cap du Mont.

Lors des études préalables à l’établissement du tracé, des reconnaissances ont été menées sur la zone du futur tunnel, en particulier deux sondages carottés horizontaux. On connaît ainsi les faciès correspondants, à savoir un calcaire marmoréen blanc au nord du tracé, et au sud des faciès qui alternent entre un calcaire marmoréen gris à noir, parfois rubané, des niveaux bréchiques, et enfin le plus au sud (à proximité de la Faille Nord Pyrénéenne), une brèche à éléments polygéniques dite « brèche romaine ».

On a également accès à la Galerie du Château, anciennement exploitée, située au-dessus du futur tunnel. Elle donne un aperçu interne du massif et a déjà été utilisée au cours de précédentes campagnes de relevés de fractures le long de scanlines lors de l’étude d’avant-projet

Le premier but de ce travail est de retracer l’histoire géologique de ce massif, constitué de plusieurs faciès de calcaires du lias à fin crétacé inférieur métamorphisés à l’Albien. Pour cela on va d’abord étudier la déformation dans les roches grâce à une étude microscopique des échantillons prélevés sur le secteur d’étude, ainsi qu’à des analyses à l’EBSD.

Dans un deuxième temps l’étude portera sur la fracturation de ces roches et les informations qu’elle apporte sur la tectonique cassante pyrénéenne. Le creusement du tunnel fournira alors un accès privilégié aux données internes du massif, que l’on pourra comparer aux données récoltées sur différents affleurements du secteur d’étude.

Une campagne de mesures de contraintes par sur-carottage, menée avec l’INERIS dans la Galerie du Château, fournira des données statistiques utilisables dans les modélisations numériques de massifs rocheux fracturés, en particulier avec le logiciel LMGC90.

Mots clés:

Thi Thu Hang TRAN

Application combinée de la géologie structurale, de la mécanique des milieux discrets et de l’analyse de contraintes et déplacements in situ à la modélisation du comportement mécanique de massifs rocheux fracturés

Thèse de l'Université de Montpellier II soutenue le 22 avril 2013 à Alès

Nom du directeur de thèse : Dr Marc VINCHES
Intitulé de la formation doctorale : I2S (Information Systèmes et Structures), Université Montpellier II
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: La présence des discontinuités dans le milieu rocheux affecte notablement ses caractéristiques et son comportement mécaniques. La classification des discontinuités et leurs lois de distribution dans l’espace sont donc l’objet d’études des chercheurs travaillant sur les roches fracturées. Il existe plusieurs méthodes pour regrouper ces fractures dont trois sont abordées dans cette thèse. Enfin, elles sont appliquées sur des données de la « galerie du château » du tunnel de Saint-Béat (Haute Pyrénées – France) en lien avec une analyse géostatistique, pour fournir les premiers résultats sur ce site où doit être creusé un tunnel. La simulation numérique du creusement de ce tunnel sur un logiciel libre développé par le LMGC, Université de Montpellier 2, en liaison avec l’EMA pour des modules spécifiques liés à la mécanique des roches, permet d’analyses les distributions et évolutions de contraintes mécaniques à proximité de l’ouvrage réalisé, et l’influence de divers paramètres géométriques et mécaniques sur la stabilité du massif rocheux encaissant.

Mots clés :

Mathieu LESTEUR

Etude de l’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge pour la prédiction du potentiel méthane de déchets solides

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 7 décembre 2010 à Alès

Nom du directeur de thèse: Pr C. GONZALEZ
Intitulé de la formation doctorale : Agro Montpellier
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: La digestion anaérobie des déchets solides est un moyen de traitement de la pollution. Elle a l'avantage de produire de l'énergie sous forme de biogaz (methane et dioxyde de carbone). Afin que les installations industrielles soient rentables, l'optimisation de la production de méthane doit être réalisée.

Différentes voies d'optimisation sont possibles, notamment la selection en amont de déchets à fort potentiel méthane. Actuellement la mesure du potentiel méthane est réalisée par le test BMP (Biochemical Methane Potential). Ce test repose sur une fermentation d'une petite quantité de déchet et dure plus de 30 jours.Dans un contexte d'optimisation d'une production industrielle, ce délai d'attente est trop important et impose soit, de stocker le déchet, soit de prendre le risque de l'utiliser immédiatement.

Dans le cas notamment d'un déchet à faible potentiel méthane, la production pourra diminuer, et la biomasse bactérienne pourra décroître faute de nutriments. Dans ce contexte une méthode rapide de détermination du potentiel méthane réduirait le risque et permettrait une sélection en amont des déchets à fort potentiel méthane en vue de l'optimisation de la production. Cette selection améliorerait également la co-digestion  (mélange de deux déchets à fort et à faible potentiel méthane) afin d'accroitre la capacité de production.

La spectroscopie proche infrarouge semble favorable à cette utilisation, grâce à un certain nombre d'avantages: analyse globale (quantitative et qualitative) de matière organique, mesure rapide, non destructive, peu de préparation de l'échantillon, possibilité d'utiliser des fibres optiques pour déporter la mesure. Ce travail est principalement axé sur l'application de la spectroscopie proche infrarouge pour la prédiction du potentiel méthane de déchets solides tout en montrant les différentes potentialités offertes par cette technique.

Mots clés:

Clémence COETSIER

Approche intégrée de la gestion environnementale des produits pharmaceutiques

Thèse de l'Université de Montpellier II , soutenue le 18 mai 2009 à Alès

Nom du directeur de thèse Dr. C. GONZALEZ
Intitulé de la formation doctorale : Science des Procédés - Sciences des Aliments
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

Résumé: La présence de produits pharmaceutiques (PP) dans les environnements aquatiques résulte typiquement de l’excrétion par les animaux et les humains de médicaments (métabolisés ou non), transportées par les eaux de pluie, le lessivage des décharges, les effluents agricoles et les eaux résiduaires urbaines. L’impact de ces molécules est significatif même à l’état de traces. Une fois dans l’environnement, elles peuvent affecter non seulement l’écosystème aquatique mais également les êtres vivants et persister malgré les traitements de potabilisation. Des données récentes indiquent que les traitements classiques (physico-chimique et biologique) mis en œuvre dans les stations d’épuration conduisent à une élimination incomplète des PP. Les taux d’abattement de ces différents produits sont variables, et certaines techniques types ne sont pas suffisamment efficaces pour assurer leur élimination totale. Des fractions significatives sont rejetées dans l’environnement aquatique.

Les produits pharmaceutiques regroupent des familles de médicaments tels que les antibiotiques, les anti–inflammatoires non stéroïdaux, les régulateurs de lipides, les antiépileptiques, les béta bloquants, ….

L’objectif de la thèse est de proposer une typologie environnementale des produits pharmaceutiques et de proposer par rapport à celle-ci des filières d’élimination adaptées.

Un ensemble de composés pharmaceutiques sera alors sélectionné, au sein des différents types, parmi ceux présentant à la fois un risque sanitaire et une résistance aux traitements classiques mis en œuvre actuellement (stations d’épuration, traitement de potabilisation).

La mise au point de technique d’extraction et de chromatographie couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS/MS) devra permettre de détecter rapidement ces produits au niveau de concentration où ils sont présents dans l’environnement. D’autre part, les systèmes de biodétection (reconnaissance moléculaire, immunoessais) seront plus particulièrement testés (puis validés par techniques analytiques LC-MS) et s’appuieront sur les compétences de l’équipe en Biodiagnostic.

Il s’agira ensuite de proposer parmi les filières d’élimination existantes ou à développer, celles qui seront le plus adaptées (photo-oxydation, filtration, adsorption, …. ou couplage de techniques physico-chimiques/biologiques). La faisabilité de certaines de ces techniques sera étudiée.

La validation de l’efficacité de traitement des différentes filières proposées pourra être réalisée par LC-MS ou grâce au suivi toxicologique et éco-toxicologique de celles-ci.

Mots clés  :

Marie BERLING

Etude de l'évolution d'une population de baculovirus face à une population hôte moins permissive que celle des références à laquelle ledit virus et adapté

Thèse de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour, soutenue le 26 mars 2009 à Pau

Nom du directeur de thèse Pr. M. LOPEZ-FERBER
Intitulé de la formation doctorale : Physiologie et Biologie des Organismes-Population-Interactions
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Le carpocapse des pommes, Cydia pomonella, est le principal ravageur des vergers de pommiers, poiriers et noyers. Cet insecte est devenu progressivement résistant à la plupart des insecticides chimiques. Le virus de la granulose (CpGV), homologué en France au début des années 90, constituait une alternative intéressante à l’utilisation des ces produits et à la gestion de leurs résistances.

Depuis 2003, des populations de carpocapses résistantes au virus ont été identifiées en Allemagne et en France. L’apparition de ces résistances menace sérieusement les producteurs de pommes, et tout spécialement ceux ayant le label « Agriculture Biologique », qui n’ont pour le moment aucune alternative efficace.

Contrairement aux produits de synthèse, les agents naturels utilisés en lutte biologique ont la capacité d'évoluer pour contourner les résistances de leurs hôtes. Des études sur l’évolution des populations virales ont démontré qu’elles pouvaient s'adapter à des populations d’hôtes peu ou pas permissives initialement. Les préparations virales commercialisées proviennent toutes d'un même isolat d'origine, la souche « mexicaine », multiplié pendant des années sur les mêmes populations de laboratoire sensibles. Ce process industriel de production du virus limite énormément la variabilité au sein de la population virale et empêche l'adaptation naturelle que l'on pourrait observer au terrain.

Une population française de C. pomonella résistante a donc été sélectionnée et acclimatée aux conditions d'élevage de laboratoire afin de permettre cette co-évolution entre l'insecte et le virus. La sélection de génotypes viraux sous pression de sélection d'une population hôte résistante devrait conduire à l'obtention de nouveaux variants capables de contrôler efficacement ces populations. La comparaison génétique des différents variants ainsi obtenu, permettra également de localiser et d'identifier les gènes impliqués dans le contournement de la résistance.

La population résistante de C. pomonella servira aussi de base à l'étude des mécanismes de la résistance et du coût biologique chez l'insecte.

Mots clés : Carpocapse de la pomme, Cydia pomonella, virus, CpGV, baculoviridae, résistances.

Jun MAO-TURRI

Etude comportementale d'Effluents Industriels par spectrophotométrie UV - VISIBLE

Thèse de l'Université de Provence, Aix-Marseille I , soutenue le 3 mars 2008 à Alès

Nom du directeur de thèse Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Science de l'Environnement
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Aujourd’hui, grâce à des réglementations qui sont de plus en plus strictes, les industries sont conscientes de leurs responsabilités de la protection de l’environnement. Or, le disfonctionnement des équipements est inévitable, ce qui provoque souvent des émissions de rejets anormaux, en particulier le rejet aqueux. Comment pouvoir qualifier et quantifier les polluants le plus rapidement possible, cela devient une préoccupation pour les industries qui produisent l’effluent, mais aussi pour les établissements qui acceptent de traiter cet effluent, notamment les stations d’épuration biologique. Car l’introduction des polluants toxiques aux bactéries peut provoquer la mort de boue activée et ainsi, paralyser la station.

Les analyses des polluants dans l’effluent s’effectuent avec les méthodes de référence normalisées, qui sont souvent longues à réaliser (ex. 5 jours pour DBO, au moins 2 heures pour DCO), ou qui demandent des équipements coûteux (ex. chromatographie gazeuse ou spectrométrie de masse). De plus en plus des scientifiquesse tournent vers la recherche de méthodes alternatives, qui doivent être faciles à mettre en œuvre, peu coûteuses, fiables et précises. Parmi ces méthodes alternatives, la spectrophotométrie ultraviolet-visible (UV/Vis) est beaucoup utilisée pour détecter certaines familles de polluants. Avec un ou deux longueurs d’onde fixes, ou un balayage sur toute la gamme de longueur d’onde, elle mesure l’échantillon tel qu’il est sans ou très peu de pré-traitement. L’acquisition d’absorbance ou de spectres ne prend que quelques minutes.

Nous travaillons sur les effluents provenant d’une station d’épuration industrielle qui épure par voie biologique les effluents aqueux pollués issus de trois usines chimiques. Les principaux polluants sont de la famille phénolique, qui répondent significativement à la méthode spectrophotométrie UV/Vis.

Les études pour cette thèse se dérouleront en trois parties dans le but d’améliorer les performances des installations de cette station :

  • Caractériser des paramètres globaux (DCO, COT…) et des paramètres spécifiques (phénols, phosphores…) des effluents avec la déconvolution du spectre. Valider cette approche en comparant avec les méthodes normalisées. L’essentiel de cette partie est de construire une base de référence adaptée afin de diminuer l’écart entre la valeur estimée et celle réelle.
  • Déterminer l’écotoxicité des polluants identifiés par la méthode UV, qui sont les principaux responsables de la toxicité de l’effluent, par les méthodes classiques telles que MicroTox et respirométrie. Les essais s’effectueront sur les molécules modèles dans leur propre solution, les molécules modèles dans les solutions mélanges, et enfin sur les effluents.
  • Estimer la biodégradabilité des effluents industriels par l’essai de photo-dégradabilité sur le pilote UV-UV.

Et enfin, nous chercherons à traduire l’aspect physico-chimique (DCO, COT, composition de polluants…) et l’aspect biologique (biodégradabilité et écotoxicité vis à vis aux bactéries) de l’effluent à partir de son spectre UV/Vis. Le but final est de développer un dispositif de contrôle et de surveillance rapide et fiable sur l’effluent industriel, ce qui peut aider la station d'épuration à réagir le plus vite possible pour éviter les « upset » sur bactéries et donc protéger l’établissement de traitement biologique.

Mots clés  :

Denis HABAUZIT

Biochimie et biophysique des signatures moléculaires et supramoléculaires : diagnostique d’une contamination

Thèse de l'Université de Montpellier I U.F.R. de médecine, soutenue le 5 mars 2008 à Nîmes

Nom du directeur de thèse Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Biochimie et Biologie Moléculaire
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Les dérivés à action oestrogénique constituent une groupe hétérogène de composés susceptibles de perturber, à de faibles concentrations (de l’ordre du ng/μl), le fonctionnement du système endocrinien. Ils représentent donc un facteur de risque non négligeable pour l’Homme et la faune. Aussi est-il essentiel de pouvoir les détecter dans l’environnement mais également d’évaluer leur capacité à interférer avec l’activité des oestrogènes endogènes. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail a été de définir une nouvelle méthode de détection des composés à action oestrogénique dans les eaux, en couplant les phénomènes biologiques impliqués dans la régulation des gènes oestrogéno-régulés et des méthodes biophysiques comme la résonance de plasmon de surface (RPS). Une approche basée sur la propriété des oestrogènes à interagir avec le récepteur aux oestrogènes (ER) a été envisagée. Sous l’effet de certains dérivés à action oestrogénique, ER interagit sous forme de dimère avec une séquence d’ADN spécifique nommée Élément de Réponse aux OEstrogènes (ERE). Cette interaction est détectée par RPS. La dimérisation de ER s’opère lorsque le rapport ER/17 β-oestroadiol (E2) est de 1. Actuellement la limite de détection obtenue par cette approche est de 0,27 μg/l (soit 1 nM) de E2.

Mots clés: RPS, oestrogènes, récepteurs aux oestrogènes, élément de réponse aux oestrogénes, dimérisation, eau, biocapteur.

Romain BERTRAND

Développement d’outils de diagnostic génétique de type macro-array pour la dérection et la quantification de pathogènes humains dans l'eau

Thèse de l'Université de la Méditerrannée, soutenue le 17 septembre 2007 à Nîmes

Nom du directeur de thèse Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Biosciences de l'Environnement, Chimie et Santé
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: L'eau est un élément commun dans l'écologie de bon nombre de pathogènes qui affectent les animaux et l’homme, pouvant menacer les approvisionnements en eau potable, les eaux utilisées à des fins récréatives, les eaux servant à l'agriculture et l'aquaculture et contaminer les eaux de réseaux.

La contamination fécale est une des sources de contamination de l’Environnement par des bactéries et est responsable de la présence de pathogènes dans les milieux naturels. Les pathogènes humains d’origine entérique sont par conséquent un risque potentiel de contamination, transmis par le sol, l’agriculture, l’eau et les sédiments. E. coli, bactérie entérique, peut survivre de longues périodes dans le tractus intestinal des animaux à sang chaud, incluant l’homme mais aussi dans d’autres environnements comme les faeces(Wang et al., 1996), le lisier et le fumier (Chapman et al., 2000), le sol (GagliardietKarns, 2002), dans les eaux de surface (Akashi et al., 1994), les eaux usées (Arana et al., 2001; Vernozy-Rozand et al., 2002), notamment sous formes de biofilms (Castonguay et al., 2006).

E. coli O157:H7 est le principal sérotype responsable de colites hémorragiques (Tarr, 1995) et du syndrome hémolytique urémique (SHU) (Haeghebaert et al., 2000). E. coli O157:H7 reste le principal sérotype incriminé dans les SHU en Europe (Bitzan et al., 1993) .

Actuellement, le diagnostic par mise en culture est la méthode de référence pour la détection des Legionella (norme NF T 90-431 et ISO 11-731), son seuil de détection est fixé à 250 UFC/litre, mais l’inconvénient majeur de cette méthode réside dans la lenteur et la difficulté de culture de ce type de bactéries (Murdoch, 2003). Les méthodes sérologiques sont aussi largement utilisées dans les laboratoires mais ne permettent pas un diagnostic rapide d’une légionellose aiguë à cause de la séroconversion tardive ou absente du patient infecté.

Le principal objectif des recherches de cette thèse a été de développer, d’optimiser, d’appliquer et d’évaluer une méthode de puces à ADN, de type macroarray, pour la détection et la quantification de deux pathogènes humains, L. pneumophila et E. coli O157:H7 dans l’eau. Le but étant de mettre au point un outil de diagnostic répondant aux critères de rapidité, de spécificité et de sensibilité mais également de simplicité afin d’être utiliser en routine, notamment par des personnes peu expérimentées, pour aider à la prévention et à la gestion des risques.

Pour arriver à cet objectif différents travaux ont été menés. Dans un premier temps, une technique PCR a été développée pour chaque pathogène, avec une recherche de cibles moléculaires spécifiques, afin d’amplifier des séquences permettant une détection spécifique. Cette technique a été appliquée sur des eaux usées traitées de stations d’épuration urbaines pour évaluer la détection sur des échantillons réels. Dans un deuxième temps, une méthode de macroarray a été développée, basée sur la détection des produits amplifiés par une PCR multiplex, et appliquée sur des échantillons artificiellement contaminés afin d’évaluer le pouvoir de cette technique pour la détection de ces pathogènes dans l’eau.

Cette méthode de diagnostic rapide permettrait la mise en place d’un système de veille de la présence de Legionella dans l’eau des réseaux et d’ E. coli O157 :H7 dans les eaux usées . Ainsi, en cas de résultat positif, une action corrective pourrait être engagée dans les plus brefs délais. Elle serait donc tout à fait adaptée à un système d’alerte et répondrait aux exigences de la maîtrise du risque infectieux.

Mots clés:

Sandrine BIAU

Mise en place d'un système biologique permettant la détection de perturbateurs endocriniens oestrogénique présents dans les eaux environnementales

Thèse de l'Université de Montpellier I, soutenue le 29 janvier 2007 à Nîmes

Nom du directeur de thèse Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Biochimie et Biologie Moléculaire
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Le système endocrinien se compose d'une série de glandes et des hormones qu'elles produisent. Celles-ci régulent le développement, la croissance, la reproduction et le comportement des animaux et des êtres humains. Des préoccupations croissantes se font à ce jour au sujet d'une série de substances artificielles utilisées dans l'industrie, l'agriculture et dans les biens de consommation, ainsi qu'en ce qui concerne des sous-produits industriels. Ces substances , présentes dans notre environnement, sont actuellement suspectées d'influer sur une perturbation du système endocrinien. Ceci semble être à l’origine de désordres de l’appareil reproducteur .

Que sont les xénoestrogènes?

Les Perturbateurs Endocriniens (PE): sont des agents exogènes (des substances chimiques d’origine naturelle ou artificielle ) qui interfèrent avec la production, la sécrétion, le transport, le métabolisme, la liaison, l’action ou l’élimination d’hormones naturelles dans l’organisme. Celles-ci sont responsables de la maintenance de l’homéostasie et de la régulation des processus de développement. Les PE altèrent les fonctions du système endocrinien qui causent des effets néfastes sur la santé d’un organisme sain, sa progéniture ou sur les populations.

L’eau apparaît comme une source potentiellement importante d’exposition aux PE. Des pesticides, des produits chimiques contenus dans des produits de consommation ou des produits pharmaceutiques , et un certain nombre de produits industriels, sont rencontrés en faible quantité dans certaines rivières d’europe. Ils y sont présents, néanmoins, à des taux largement inférieurs à ce que l’organisme humain produit naturellement. Les rejets humains contiennent des hormones de synthèse. Des hormones d’origine animale, humaine ou industrielle qui se retrouvent dans l’environnement pourraient affecter les animaux sauvages, et éventuellement la santé humaine lorsque les animaux sont consommés.

Effets des xénoestrogènes:

Les xénobiotiques se caractérisent expérimentalement par des effets toxiques à long terme très variés, apparaissant à des doses très faibles. Les congénères à structure coplanaire, surtout les dérivés tétrachlorés (TCDD, TCDF, TCB) sont généralement les plus toxiques, en relation notamment avec leur affinité pour le récepteur Ah. Le caractère indispensable de ce récepteur dans la médiation de certains effets des xénoestrogènes est désormais bien acquis. En son absence, on n’observe pas les manifestations classiquement décrites (hépatotoxicité, cancers, malformations).

Les principales manifestations de cette toxicité expérimentale à long terme pour la reproduction et le developpement sont les suivantes:

  • Effets sur l’appareil reproducteur masculin Une étude a montré que l’exposition prénatale à des produits chimiques a provoqué des effets indésirables sur l’appareil reproducteur des hommes dans tous les pays industrialisés : Baisse de la qualité du sperme, une hausse de l’incidence de la cryptorchidie et de l’hypospadias (malformations congénitales de l’appareil reproducteur masculin) et une incidence accrue du cancer des testicules, et enfin, une diminution des naissances de sexe masculin par rapport au sexe féminin.
  • Cancer du sein: L’exposition aux œstrogènes, qu’ils soient endogènes (œstradiol) ou de source pharmacologique (œstrogénothérapie substitutive) et autre, entraîne un risque accru de cancer du sein en raison de l’action proliférative des œstrogènes sur les tissus mammaires.

Les composés organochlorés persistants s’accumuleraient dans les tissus adipeux des seins et contribueraient à la formation des tumeurs.

Il faut savoir que en dehors du diéthylstilbestrol et de situations accidentelles, une relation causale entre une exposition à une substance spécifique et des effets néfastes sur la santé humaine via un mécanisme de perturbation endocrinienne n’a pas encore été établie de façon certaine.

Trois facteurs contribuent à un état de controverse:

  • La difficulté d’extrapoler à l’homme les résultats des tests réalisés sur les animaux.
  • L’ampleur du nombre de substances à traiter, susceptibles de se comporter comme des PE.
  • La difficulté qu’il y a à mener des études épidémiologiques capables de mettre en évidence des effets faibles.

C’est pourquoi mon travail, va consister dans un premier temps, à identifier les séquences répondant le mieux aux stimulations hormonales de type œstrogénique (ERE, PS2, PgR, …) .C’est à dire: la potentialisation de réponse, les inductions et les synergismes.

L'étape suivante consistera à transfecter des cellules (les différents systèmes candidats seront également testés) avec ces séquences. Le but est de disposer d'un système d'expression dont le niveau basal soit le plus faible possible et dont la réponse soit optimale.

Ceci permettra donc d’éliminer certains facteurs sujets à controverse:

En effet, je vais travailler avec des cellules humaines ,cela permettra une meilleure compréhension des phénomènes observés chez l’homme.

Il est également  très intéressant de tester sur un embryon de poulet l’action de plusieurs composés sélectionnés, que l’on sait intervenir dans la malformation des organes génitaux. En effet, la formation des organes sexuels et du cloaque sont sensibles à tout agents tératogènes possibles. L’injection à un stade très précoce du développement permettrait de prouver que cet agent est à l’origine des malformations observées .

Enfin, mon travail permettra de mettre en place un processus capable de détecter la présence de PE (retrouvés au niveau des eaux) à de très faibles doses et ayant une réponse optimale.

Mots clés: perturbateurs endocriniens, polluants environnementaux, oestrogènes

Charlotte VALAT

Développement d'outils biologiques appliqué au diagnostic environnemental

Thèse de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de St Etienne et de l’Université Jean Monnet de Saint-Etienne , soutenue le 15 juin 2005 à Alès

Nom du directeur de thèse: Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Sciences et Génie de l'Environnement
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Afin d’aider à la gestion des unités de traitement, de détecter les effets de différents polluants en fonction de leurs propriétés physico-chimiques et biologiques, deux outils biologiques ont été développés dans ces travaux de thèse. Le premier outil est basé sur le dosage des nucléotides adényliques cellulaires par luminescence. Le nouveau paramètre mesuré ((ATP)/(ATP+ADP+AMP)), nommé Charge ATPmétrique (CA) reflète l’activité biologique globale des eaux de traitement. Les résultats illustrent que la mesure de la CA est adaptée à l’étude de la biodégradabilité de composés (naphtalène, acétonitrile) et de leur impact (aigu) sur l’activité biologique. Il garantit le suivi des perturbations au niveau des stations d’épuration. La CA peut être envisagée comme système d’alarme dans le cadre du contrôle et de la gestion des systèmes épuratoires. Le second outil biologique a été développé afin de détecter plus spécifiquement le naphtalène (substance d’intérêt prioritaire (Directive 2000/60/CE) et le produit de sa dégradation (salicylate). Ce biosenseur vient en complément du premier outil et s’applique au contrôle des eaux polluées et traitées. Il est basé sur l’utilisation des opérons nah et sal responsables de la dégradation du naphtalène par P. putida. Les séquences régulatrices d’intérêt ont été couplées à un gène reporteur (eGFP), clonées et transfectées dans E. coli DH5 a . Plusieurs alternatives ont été envisagées (plasmide multicopies, modification du système de reconnaissance moléculaire) pour améliorer la sensibilité et le temps de réponse de ce biosenseur. Les résultats ont montré une diminution du temps de réponse et du niveau basal d’expression du gène reporteur.

Mots clés : Traitement des eaux, Nucléotides adényliques, Charge ATPmétrique, Boues activées, Biosenseur, Opérons (sal et nah), P. putida, Naphtalène.

Annouck LECLERC

Faisabilité d'un test de biodiagnostic environnemental basé sur l'utilisation d'un biomarqueur moléculaire de toxicité chez le protozoaire cilié - tetrahymena pyriformis

Thèse de l'Université de Lyon I , soutenue le 1er février 2005 à Alès

Nom du directeur de thèse: Dr. G. DEVAUCHELLE Co-Directeur : B. ROIG
Intitulé de la formation doctorale : Sciences de la Terre et de l'Environnement
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: La détection de substances polluantes toxiques constitue un enjeu majeur pour atteindre un bon état chimique et écologique des eaux. Notre projet vise à exploiter la sensibilité d’un modèle cellulaire pour détecter de manière précoce et fiable la présence de concentrations cytoxiques de polluants. La faisabilité d’un test de biodiagnostic environnemental, basé sur l’utilisation du gène codant la Métallothionéine en tant que biomarqueur moléculaire de toxicité a été envisagée chez le protozoaire cilié Tetrahymena pyriformis.

L’expression du gène MT a été analysée par RT-PCR pour vérifier la pertinence de ce gène en tant que biomarqueur moléculaire de toxicité. Quatre polluants reconnus dangereux ont été testés : le cadmium, le mercure, le nonyl- et l’octylphénol. La transcription du gène MT est activée après 1 heure d’exposition dès 30 nM de cadmium ou 100 nM de mercure, un léger effet synergique de ces deux métaux a de plus été observé. Par contre, le nonylphénol (DL50-24h = 29tM) et l’octylphénol (DL50-24h = 10tM) ne semblent pas être des inducteurs du gène, malgré un impact cytoxique et une possible potentialisation de la toxicité par un détergent. Parmi les technologies transposables sur le terrain, les organismes transformés constituent des outils performants afin de détecter de faibles concentrations de substances cytoxiques dans l’eau . Nous avons cherché à mettre au point des cellules T. pyriformis transformées par une construction constitutive ou par une construction inductible par les polluants. La région du gène histone H4I a été clonée pour élaborer une construction permettant une expression constitutive du gène rapporteur GFP. La région du gène MT devra être clonée pour développer un modèle cellulaire transgénique capable de renseigner sur la présence de concentrations cytotoxiques de polluants dans l’eau, grâce à la biosynthèse de la protéine fluorescente GFP.

Mots clés :

Thèse en français

Catherine BERHO

Caractérisation de fractions hétérogènes par méthodes optiques au cours de procédés de fabrication. Application aux suspensions papetières et vinicoles

Thèse de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour , soutenue le 9 septembre 2003 à Alès

Nom du directeur de thèse: Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Matériaux et 'Environnement
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé à venir...

Estelle BAURES

La mesure non paramétrique, un nouvel outil pour l'étude des effluents industriels : Application aux eaux résiduaires d'une raffinerie

Thèse de l'Université d'Aix Marseille , soutenue le 19 décembre 2002 à Marseille

Nom du directeur de thèse : Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Chimie Physique et Chimie Analytique
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: L'évolution réglementaire dans le domaine environnemental, avec notamment la Directive Cadre sur l'eau poussent les industriels à mettre en place une gestion optimale de leur système d'assainissement de manière à réduire les flux polluants et donc les coûts de traitements.

L'objectif de ce travail, effectué sur le site de la raffinerie BP à Lavera, s'intègre dans ce contexte. Il s'agit de developper un ensemble de procédures permettant d'estimer et d'expliquer la variabilité de la qualité d'un effluent en utilisant la spectrophotométrie UV en tant que méthode de mesure non paramétrique. La variabilité qualitative (liée à la variation de la composition d'un milieu) a ainsi été définie à partir de la recherche et de l'exploitation des points isobestiques latents. L'application de la méthode développée sur le réseau industriel étudié a permis notammant d'expliquer l'évolution de la qualité des flux et de mettre en évidence certains dysfonctionnements du système d'assainissement.

Mots clés: Effluents industriels, mesures non paramétriques, point isobestique, qualité, spectrophotométrie UV, variabilité qualitative, variabilité quantitative.

Thèse en français

Guillaume JUNQUA

Caractérisation rapide de la matière organique de sols et de sédiments par spectrophotométrie UV-visible : essai de typologieet estimation des paramètres C, N, P.

Thèse de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour, soutenue le 12 juillet  2002 à Alès

Nom du directeur de thèse: Dr. O. THOMAS
Intitulé de la formation doctorale : Chimie et Microbiologie de l'eau
Laboratoire d’accueil : LGEI, Ecole des Mines d’Alès.

 

Résumé: Les matrices solides (sols, sédiments), et les phénomènes qui s'y déroulent ont une grande influence sur la qualité des eaux. L'étude de la matière organique de ces milieux solides est donc nécessaire pour estimer son impact sur l'environnement aquatique. Ce travail a pour objectif de caractériser et de suivre l'évolution de la matière organique naturelle dans les milieux solides et comporte deux parties distinctes. En premier lieu, une caractérisation simple, rapide et transposable sur le terrain de la matière organique dans les sols et dans les sédiments a été développée. Cette caractérisation est basée sur une extraction par ultrasons puis sur une détection par spectrophotométrie UV-Visible. Les extractants choisis présentent des propriétés différentes. L'acétonitrile extrait des composés spécifiques, les solutions alcalines, les substances humiques, et l'eau, des composés d'être lessivés par les eaux. La caractérisation par spectrophotométrie UV-Visible de ces différents extraits permet d'établir une typologie des milieux étudiés, d'estimer leur degré d'humidification, de minéralisation et d'accumulation de matière organique fraîche par des indices existants ou qui ont été développés, et de discriminer la matière organique selon son origine (naturelle ou anthropique). En second lieu, une méthode d'estimation du carbone (via les sucres, LQ=0,5mg. g-1), de l'azote (LQ=1,6mg. g-1) et du phosphore (à valider) hydrolysables dans les matrices solides par H2SO4 est mise en œuvre. Cette méthodologie est basée sur une extraction et une hydrolyse de ces composés par ultrasons suivies d'une détection par spectrophotométrie UV-Visible. Cette méthode permet ainsi une évaluation de ces paramètres dans les matrices solides par une technique simple, rapide et transposable sur le terrain et comparable aux méthodes de référence.

Mots clés : Qualité de l'eau, spectrophotométrie, caractérisation.

Thèse en français