SOMMAIRE REMERCIEMENTS...1 RESUME..2 LISTE DES ABREVIATIONS...4 INTRODUCTION GENERALE. 5 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE..8

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1 SOMMAIRE REMERCIEMENTS...1 RESUME..2 LISTE DES ABREVIATIONS...4 INTRODUCTION GENERALE. 5 ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE..8 I. LES PESTICIDES : RÉGLEMENTATION, UTILISATION ET DEVENIR DANS L ENVIRONNEMENT...9 I.1 Aspects réglementaires... 9 I.1.1 Normes européennes, françaises et portugaises sur les pesticides cas de l atrazine... 9 I.1.2 Programmes de maîtrise et de réduction des pollutions d origine agricole I.2 Caractéristiques de l atrazine I.2.1 Généralités I.2.2 Mode d utilisation et mode d action de l atrazine I.2.3 Aspects Toxicologiques I.3 Dispersion des herbicides dans l environnement I.3.1 Introduction I.3.2 Devenir dans le sol I Rétention des pesticides dans le sol I Facteurs de l adsorption I Formation de résidus liés I Dégradation des pesticides dans le sol I Dégradation abiotique... 23

2 I Dégradation biologique I Minéralisation I.3.3 Volatilisation I.3.4 Contamination des milieux aquatiques I Le Ruissellement : contamination des eaux de surface I Le lessivage: contamination des eaux souterraines II. PROCÉDÉS DE TRAITEMENT DE L EAU POUR L ÉLIMINATION DES PESTICIDES...31 II.1 Introduction II.2 Elimination de l atrazine dans la filière classique de traitement des eaux usées II.3 Procédés physico-chimiques dégradatifs II.3.1 Oxydation à l ozone II.3.2 Oxydation au peroxyde d hydrogène II.3.3 Traitement au réactif de Fenton (AFT, Anodic Fenton Treatment) II.3.4 Dégradation photochimique II.4 Procédés non dégradatifs : adsorption sur matrice poreuse ou membrane II.4.1 Procédés d adsorption sur charbon actif en poudre ou en grains II Généralités II Application à l adsorption de l atrazine sur charbon actif (CA)s II.4.2 Procédés membranaires : microfiltration, ultrafiltration et nanofiltation II.4.3 Valorisation des déchets verts pour le traitement de l eau II Une solution économique II Quelques exemples II Cas de l écorce de pin II.5 Procédés de dégradation biologique II.5.1 Caractéristiques générales des bioréacteurs II.5.2 Traitements biologiques appliqués aux eaux contaminées par l atrazine II.6 Procédés combinés II.6.1 Généralités II.6.2 La biofiltration II Introduction II Principales propriétés des biofilms II Comportement des micro-organismes en biofilm... 50

3 II Formation des biofilms II.6.3 Facteurs influençant la formation et l activité des biofilms II Caractéristiques des micro-organismes II Le support d adsorption II Caractéristiques physiques du support d adsorption II Caractéristiques chimiques du support d adsorption II Caractéristiques microbiologiques du support d adsorption II Composition du fluide II Effet de la vitesse de circulation du fluide II Effet de la température II.6.4 Cinétique de biodégradation d un substrat III. BIODÉGRADATION DE L ATRAZINE PAR PSEUDOMONAS ADP SP III.1 Introduction III.2 Isolement de Pseudomonas ADP sp III.3 Taxonomie et exigences métaboliques III.4 Mécanisme de dégradation de l atrazine et isolement des gènes de Pseudomonas ADP sp. impliqués dans la minéralisation de l atrazine III.5 Différentes applications III.5.1 Traitement des eaux résiduelles d usine de fabrication de pesticides III.5.2 Traitement des sols pollués III.5.3 Décontamination de sédiments et aquifères pollués IV. DESCRIPTION MATHÉMATIQUE DU PROCESSUS D ADSORPTION...71 IV.1 Modélisation de l équilibre d adsorption IV.2 Ecoulement dans un milieu poreux IV.2.1 Organisation du milieu poreux IV.2.2 Hétérogénéité de l écoulement IV.2.3 Loi de Darcy IV.2.4 Vitesse d écoulement et tortuosité... 77

4 ETUDE EXPERIMENTALE 78 I. ETUDE DU SUPPORT D ADSORPTION : L ÉCORCE DE PIN «PINUS PINASTER»...79 I.1 Origine et répartition I.2 Chimie générale des écorces I.3 Caractéristiques physico- chimiques de l écorce de pin I.3.1 Caractéristiques physiques I Principe de la méthode BET I Principales caractéristiques I.3.2 Caractéristiques chimiques I.3.3 Analyse Infra Rouge des fonctions de surface I Principe de l analyse Infra Rouge I Protocole expérimental I Interprétation du spectre IR I.4 Observations de la structure l écorce de pin au MEB I.5 Préparation de l écorce en vue des études d adsorption I.6 Préparation d un extrait aqueux d écorce de pin I.7 Méthode de stérilisation II. ADSORPTION DE L ATRAZINE SUR L ÉCORCE DE PIN...90 II.1. Matériel et Méthodes II.1.1 Etude de l adsorption en batch II L atrazine : caractéristiques générales et méthodes d analyses II Caractéristiques physico-chimiques II Méthodes d analyse... 92

5 (a) Chromatographie Liquide Haute Pression (b) Dosage par Immuno-essai (c) Suivi des essais avec des molécules marquées au 14 C II Cinétique d adsorption II Isothermes d adsorption II Extraction de l atrazine adsorbée sur l écorce de pin II.1.2 Etude de l adsorption en colonne II Courbes d élution d un soluté II Caractérisation de l écoulement à l aide de traceurs II Choix du traceur II Suivi du traceur en sortie de colonne II Méthodes expérimentales d adsorption en colonne II Préparation des colonnes II Suivi du COD, du ph et de la conductivité en sortie de colonne II Adsorption de l atrazine en colonne II.2 Résultats et discussion II.2.1 Etude de l adsorption en batch II Cinétiques d adsorption II Isothermes d adsorption II Influence de la granulométrie de l écorce de pin sur l adsorption de l atrazine II Influence du ph sur l adsorption de l atrazine II Isotherme d adsorption de l atrazine sur l écorce de pin dans une large gamme de concentrations II.2.2 Etude de l adsorption en colonnes abiotiques II Etude hydrodynamique des colonnes II Suivi du COD, ph et conductivité en sortie de colonne II Adsorption de l atrazine en colonne d écorce de pin en conditions abiotiques II.2.3 Conclusion III. BIODÉGRADATION DE L ATRAZINE EN CULTURE PURE DE PSEUDOMONAS ADP SP III.1 Matériel et méthodes III.1.1 Milieux de culture III Les milieux liquides III Milieu minéral MM III Milieu riche complexe LB III Extrait aqueux d écorce de pin

6 III Les milieux solides III.1.2 Préparation et utilisation des cellules congelées III Préparation de cellules congelées III Utilisation de stocks congelés ou de précultures III.1.3 Suivi de la croissance des micro-organismes et de l activité respiratoire III Suivi de la croissance cellulaire III Mesure de turbidité III Dénombrement sur boite de Pétri III Dosage des protéines par la méthode de Folin- Lowry : III Dosage des protéines par la méthode Bradford : III Suivi de l activité respiratoire (ou Demande Biochimique en Oxygène DBO) III Principe de la mesure III Protocole expérimental III Détermination du taux de croissance maximal III.1.4 Suivi de la biodégradation de l atrazine III Biodégradation primaire de l atrazine III Minéralisation de l atrazine III Préparation des solutions mères d atrazine marquée III Principe des essais de minéralisation III Protocole expérimental III.1.5 Influence de paramètres physico-chimiques III Influence des sources de carbone III Influence de la température et du ph III Influence d une source additionnelle d azote III Croissance bactérienne et dégradation primaire de l atrazine III Minéralisation de l atrazine III Influence des composés solubles de l écorce de pin III Influence sur l Activité Respiratoire de Pseudomonas ADP sp III Influence sur la croissance de Pseudomonas ADP sp.et la biodégradation de l atrazine 131 III.2 Résultats et dissussion III.2.1 Introduction III.2.2 Influence de paramètres physico-chimiques III Croissance et biodégradation de l atrazine à différentes températures III Croissance et biodégradation de l atrazine à différents ph III Influence d une source additionnelle d azote III Influence sur la dégradation primaire de l atrazine III Influence sur la minéralisation de l atrazine III.2.3 Influence des composés solubles de l écorce de pin sur Pseudomonas ADP sp

7 III Activité respiratoire de Pseudomonas ADP sp. en extrait aqueux d écorce de pin III Croissance de Pseudomonas ADP sp. et biodégradation de l atrazine en extrait d écocre de pin III.3 Conclusions IV. CARACTÉRISATION ET RÔLE DE LA MICROFLORE INDIGÈNE DE L ÉCORCE DE PIN IV.1 Matériel et méthodes IV.1.1 Isolement et identification des micro-organismes de l écorce de pin IV.1.2 Capacité de la flore indigène à dégrader l atrazine IV Biodégradation de l atrazine en consortium ou en cultures pures IV Minéralisation de l atrazine par la flore indigène de l écorce de pin IV.1.3 Influence de la microflore de l écorce de pin sur Pseudomonas ADP sp IV Croissance de Pseudomonas ADP sp IV Biodégradation de l atrazine IV Suivi de la dégradation primaire de l atrazine en extrait aqueux d écorce de pin 148 IV Suivi de la minéralisation de l atrazine IV.2 Résultats et discussion IV.2.1 Isolement de la microflore de l écorce de pin IV.2.2 Capacité de la flore indigène de l écorce à biodégrader l atrazine IV Biodégradation primaire de l atrazine IV Minéralisation de l atrazine IV.2.3 Influence de la microflore de l écorce de pin sur Pseudomonas ADP sp IV Croissance de Pseudomonas ADP sp. et biodégradation de l atrazine en présence de la microflore de l écorce de pin IV Minéralisation de l atrazine par Pseudomonas ADP sp. en présence de la microflore de l écorce IV.3 Conclusion V. ETUDE DU TRAITEMENT COMBINÉ V.1 Matériel et méthodes V.1.1 Essais en batch V Protocole expérimental V Distribution de la radioactivité dans les essais en batch

8 V Radioactivité en solution V Radioactivité associée à l écorce V Devenir à long terme de l écorce à l issue du traitement combiné V.1.2 Essais en colonnes V Choix des paramètres V Inoculation et caractérisation du biofilm et de l hydrodynamique des colonnes V Observation au MEB des micro-organismes sur l écorce de pin (a) Inoculation des colonnes (b) Traitement des échantillons pour observation au MEB V Influence des micro-organismes sur le comportement hydrodynamique des colonnes 169 V Protocole expérimental des essais de biofiltration V.2 Résultats et discussion V.2.1 Etude du traitement combiné en batch V Minéralisation de l atrazine en présence d écorce de pin V Analyses des composés radioactifs en solution en cours d incubation V Répartition de la radioactivité résiduelle en fin de traitement V Devenir à long terme de l écorce à l issue du traitement V Conclusions V.2.2 Etude en colonne du traitement combiné V Etude du développement de Pseudomonas ADP sp. en colonne d écorce de pin V Influence du biofilm sur l hydrodynamique de la colonne V Traitement combiné en colonne V Conclusions CONCLUSION GENERALE ET PERPECTIVES ANNEXES ANNEXE 1 : Spectre IR de l écorce de pin en poudre Identification des fonctions de surface.200 ANNEXE 2 : Observation au MEB d écorce de pin et de charbon actif 201 ANNEXE 3 : Caractéristiques des colonnes Etude hydrodynamique 203 ANNEXE 4 : Caractéristiques des colonnes Adsorption de l atrazine en conditions abiotiques ANNEXE 5 : Observation au MEB de Pseudomonas ADP sp. en colonne d écorce de pin.205 ANNEXXE 6 : Caractéristiques des colonnes Influence d un biofilm sur l hydrodynamique.211

9 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES.212 LISTE DES FIGURES..227 LISTE DES TABLEAUX..234