Polluants émergents et infiltration des eaux urbaines : processus de transfert de nanoparticules en milieu poreux hétérogène

• Auteur / Autrice : Jérôme Raimbault
• Direction : Laurent Lassabatère, Béatrice Bechet, Denis Courtier-Murias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Environnement
• Date : Soutenance le 08/07/2021
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Gustave Eiffel (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Lebeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anette Hoffmann, Lorenzo Spadini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Odile Simmonot, Laurent Oxarango

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement en milieux poreux

Nanoparticules d'argent

Eaux pluviales

Mots clés libres

Macropores

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la gestion des eaux pluviales en ville. li porte sur le transfert de nanoparticules manufacturées dans un sol macroporé pour prendre en compte la présence d'hétérogénéités dans les sols naturels et les écoulements préférentiels induits. li inclut un ensemble d'expérimentations en colonne de laboratoire permettant dans un premier temps d'étudier l'effet d'un macropore dans une matrice sableuse sur le transfert non réactif. Injection de traceurs en colonnes de laboratoire, observation des processus à l'aide de l'imagerie par Résonance Magnétique et modélisation numérique ont permis de mettre en évidence l'effet du macropore sur les écoulements et sa dépendance vis-à-vis des conditions aux extrémités de la colonne (présence ou absences de filtres). Le transfert réactif est étudié dans un deuxième temps par l'injection de nanoparticules d'argent dans les mêmes conditions d'écoulement. Des facteurs déterminants du transfert ont été démontrés, notamment, le rôle du stabilisant citrate de la suspension de nanoparticules dans la remobilisation de particules argileuses résiduelles présentes dans la matrice sableuse. Ces travaux ont permis de mesurer (estimer ?) l'impact de macropores sur les transferts non réactifs et réactifs en laboratoire. Ces données montrent qu'une attention particulière doit être portée aux conditions hydrodynamiques imposées par le système expérimental, ainsi qu'à la complexité réactionnelle induite par la préparation des suspensions de nanoparticules.

This work is part of the management of stormwater in cities. lt deals with the transfer of manufactured nanoparticles in soils with macropores to investigate the presence of heterogeneities in natural soils and related preferential flows. lt includes a set of column experiments to study the effect of a macropore in a sandy matrix on the non-reactive transfer. The observation of the flow processes in columns with the help of non-intrusive Magnetic Resonance Imaging confronted with several models allowed to highlight the influence on the flows and its dependency upon the presence of filters at the column outlets. The reactive transfer is then addressed by injecting silver nanoparticles in columns for the same flow regimes. Key drivers of the transfer were identified, including the role of the citrate stabilizer of the nanoparticle suspension, with the remobilization of residual clay particles present in the sandy matrix. Those findings allow the assessment of the macropore effects on the non-reactive and reactive transfers at the laboratory scale. These data also show that great attention must be paid to the hydrodynamic conditions and experimental setup and the reactive complexity of nanoparticle suspensions.