Les Produits Résiduaires Organiques

Table des matières

Remerciements
Sommaire général
Préambule
Chapitre 1 – Nécessité de connaître le devenir du zinc des produits résiduaires organiques après recyclage en passant par l’étude des nano-ZnS: état de l’art et objectifs
1.Problématique du zinc dans les produits résiduaires organiques (PRO)s
1.1. Définitions
1.2. Production et gestion des déchets organiques: exemple de la France
1.3. Traitements appliqués aux PRO: compostage et méthanisation
1.4. Epandage des digestats
1.5. Zinc dans les PRO
1.6. Règlementation dans le cadre de l’épandage des PRO
2.Spéciation du zinc dans les PRO: information cruciale pour établir le risque
2.1. Toxicité du zinc
2.2. Spéciation et (bio)disponibilité: intérêt pour évaluer le risque
2.2.1. Définitions
2.2.2. Spéciation du Zn : influence sur la (bio)disponibilité et la toxicité
2.3. Mise en évidence de ZnS dans les digestats
2.4. Changement de spéciation durant le traitement aérobie : mise en évidence de la réactivité des ZnS formés dans les PRO
2.4.1. Spéciation du Zn dans les PRO traités par voie aérobie
2.4.2. Transformation des ZnS : cinétique rapide
3.Formation des nano-ZnS
3.1. Généralités : Nucléation et croissance cristalline
3.2. Formation des nano-ZnS
3.2.1. Précipitation abiotique
3.2.2. Précipitation biogénique
3.3. Facteurs pouvant influencer les propriétés structurales des nano-ZnS lors de leur formation
3.3.1. Influence des microorganismes
3.3.2. Molécules organiques
4.Facteurs pouvant influencer la réactivité des nano-ZnS
4.1. Facteurs intrinsèques
4.1.1. Taille
4.1.2. Désordre structural
4.2. Facteurs extrinsèques
4.2.1. Oxydation abiotique des ZnS
4.2.2. Microorganismes
4.2.3. Plantes
4.2.4. Ligands du sol
5.Objectifs
5.1. Effet de la méthanisation et du compostage sur la spéciation du Zn dans les PRO
5.2. Influence du milieu PRO sur la réactivité des nano-ZnS formées
5.3. Influence des paramètres extrinsèques sur le devenir des nano-ZnS dans le sol
Références
Chapitre 2 – Influence des traitements sur la spéciation du zinc dans les PRO : une étude globale
Drastic change in zinc speciation during anaerobic digestion and composting: instability of nano-sized zinc sulfide
Abstract
Introduction
1.Experimental section
1.1. Preparation of organic waste samples
1.2. Physical-chemical analyses
1.3. Preparation of samples and reference compounds for EXAFS analysis
1.4. EXAFS spectra acquisition and analysis
2.Results and Discussion
2.1. Changes in physical-chemical characteristics of OWs during treatment
2.1.1. Dry Matter, organic carbon and pH
2.1.2. Zn concentration
2.2. Change in Zn speciation during treatment
2.2.1. Zn speciation in raw OWs
2.2.2. Zn speciation in digestates
2.2.3. Zn speciation in the liquid and solid fractions of the digestate
2.2.4. Zn speciation in composts
2.3. The nano-size of ZnS explains its ephemeral nature
2.4. Environmental implications
Associated content
Author information
Acknowledgements
References
Annexe: Supporting information
SI-1: Influence of freeze drying process on Zn K-edge EXAFS spectrum
SI-2: Influence of aging of freeze-dried sample on Zn speciation
SI-3: Reference compounds for linear combination fitting
SI-4: Detailed results of Zn K-edge extended X-ray absorption fine-structure spectroscopy linear combination fitting
References
Chapitre 3 – Propriétés structurales des nano-ZnS : effet des molécules organiques
Introduction
1.Matériel et méthodes
1.1. Synthèse de nano-ZnS
1.1.1. Nano-ZnS synthétisées en présence de molécules organiques (MO)
1.1.2. Expérience “in situ” : influence de la cystéine sur la contraction des particules
1.1.3. Micro-ZnS pour expérience de dissolution
1.2. Méthodes de caractérisation
1.2.1. Microscopie électronique à transmission
1.2.2. Diffraction des rayons X et Diffusion totale des rayons X aux grands angles
1.2.3. Spectroscopie d’absorption des rayons X (EXAFS)
1.2.4. Détermination des paramètres de structure des nano-ZnS
1.2.4.1. Taille MET
1.2.4.2. Taille minimale (DRX)
1.2.4.3. Taille maximale (PDF)
1.2.4.4. Taille moyenne (PDF)
1.2.4.5. Taille EXAFS
1.2.4.6. Détermination de la contraction du réseau cristallin
1.2.4.7. Analyse statistique
1.2.5. BET
1.3. Dissolution des nano-ZnS
2.Résultats et discussion
2.1. Influence de la taille sur le désordre structural
2.1.1. Caractérisation multi-échelle: taille des nano-ZnS
2.1.2. Relation entre taille et contraction du réseau cristallin des nano-ZnS
2.1.3. Discussion
2.2. Influence de la matière organique sur la structure des nano-ZnS
2.2.1. Influence du type de molécule organique
2.2.1.1. Effet sur la taille
2.2.1.2. Effet sur la contraction du réseau cristallin
2.2.2. Interaction avec le groupement thiol
2.2.2.1. L’effet de l’encombrement stérique de molécule thiolée sur la taille et la contraction du réseau cristallin
2.2.2.2. Influence de la cystéine sur la contraction du réseau cristallin pour une particule de taille donnée
2.2.2.3. Effet de la concentration en cystéine sur la taille et la contraction du réseau cristallin
2.2.3. Discussion
2.2.3.1. Influence du groupement thiol sur la taille des nano-
2.2.3.2. Influence des différentes molécules organiques sur la contraction du réseau cristallin
2.3. Influence de la taille et de la contrainte sur la cinétique de dissolution des nano-ZnS
2.3.1. Caractérisation des 3 particules
2.3.1.1. MET
2.3.1.2. Taille des cristallites
2.3.1.3. Contraction du réseau cristallin
2.3.1.4. Surface spécifique
2.3.2. Cinétique dissolution des 3 particules
Conclusion
Références
Annexes
Résultats de la caractérisation des nano-ZnS
Calcul du recouvrement des nano-ZnS par les molécules de cystéine
Chapitre 4 – Devenir des nano-ZnS dans le sol
Introduction
Partie 1 : Devenir des nano-ZnS dans le sol à court-terme et à l’échelle du microcosme: influence des caractéristiques du sol
1.Matériel et méthodes
1.1. Synthèse des NPs
1.2. Sols
1.3. Incubation sol + nano-68ZnS en conditions contrôlées
1.4. Dispositif DGT (Diffusive Gradient in Thin Film)
1.5. Dosage du Zn issu des nano-68ZnS
1.6. Analyse statistique
2.Résultats et discussion
2.1. Activité bactérienne et pH
2.2. Labilité du Zn issu de la dissolution des nano-68ZnS
References
Partie 2 : Devenir des nano-ZnS dans le sol à long terme et à l’échelle de la parcelle dans un sol argileux
Abstract
Introduction
1.Materials and methods
1.1. Field experiment and soil characterization
1.2. XRD analysis
1.3. Pig slurry characterization
1.4. Particle size fractionation of pig slurry
1.5. SEM-EDS analysis of the pig slurry
1.6. EXAFS
1.7. Synthesis and characterization of ZnS nanoparticles
2.Results and discussion
2.1. Zn enrichment within the soil due to PS application
2.2. Pig slurry
2.2.1. Co-location of Zn and S in sub-micron particle size
2.2.2. Nano-sized ZnS particles in PS
2.3. Soil
2.3.1. Clays dominate the soil mineralogy
2.3.2. ZnS was not detected in the amended soil
2.4. Environmental implication
Conclusion
Acknowledgements
Supporting information available
References
Supporting Information.
Conclusion
Chapitre 5 – Conclusion générale et perspectives
Evolution de la spéciation du zinc dans les PRO selon le traitement appliqué (méthanisation, compostage)
Caractéristiques structurales des nano-ZnS en présence de molécules organiques
Devenir des nano-ZnS dans le sol
Implication environnementale : devenir du Zn des PRO après méthanisation et recyclage agricole
References
Chapitre 6 – Matériels et méthodes
1.Matériaux
1.1. Synthèse de nanoparticules
1.1.1. Protocole général
1.1.2. Synthèse en absence d’oxygène
1.1.3. Molécules organiques
1.1.4. Synthèse à partir de 68ZnO pour incubation dans les sols
1.2. Description des 2 sols utilisés
1.3. Utilisation des matériaux dans la thèse
2.Etude de la stabilité des nano-ZnS
2.1. Dissolution des nano-ZnS en conditions contrôlées
2.2. Incubations en conditions contrôlées de sol + nano-68ZnS
2.2.1. Préparation des microcosmes
2.2.2. Diffusive Gradient in Thin Film (DGT) 7
2.2.3. Extraction de la solution de sol
2.2.4. Mesure activité microbienne
3.Méthodes de caractérisation
3.1. Caractérisation de la structure
3.1.1. Microscopie électronique à transmission
3.1.2. Diffraction des rayons X
3.1.2.1. Protocole pour nano-ZnS nues série 5, nano-68ZnS
3.1.2.2. Protocole pour nano-ZnS nues série 1, série 2, nano-ZnS avec MO
3.1.2.3. Calcul de la taille
3.1.3. Spectroscopie d’Absorption des rayons X (SAX)
3.1.3.1. Principe
3.1.3.2. Formalisme EXAFS
3.1.3.3. Mise en oeuvre expérimentale
3.1.3.4. Traitement du signal
3.1.4. Diffusion totale des rayons X aux grands angles et analyse par fonction PDF
3.1.4.1. Principe
3.1.4.2. Mise en oeuvre expérimentale
3.1.4.3. Traitement du signal
3.2. Caractérisation chimique
3.2.1. ICP-AES
3.2.2. ICP-MS
3.2.2.1. Principe et utilisation
3.2.2.2. Calcul de la concentration en Zn provenant des nano-68ZnS
Références
Liste des figures
Liste des tableaux