Étude multi-échelle des réactions de dénitrification dans les aquifères hétérogènes : approches expérimentales de l’influence des écoulements sur la réactivité biogéochimique

par Alexandre Boisson

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Luc Aquilina et de Olivier Bour.

Soutenue en 2011

à Rennes 1 .


  • Résumé

    L'effet de l'hétérogénéité du milieu physique sur le transport de solutés dans les eaux souterraines est bien connu, mais le couplage avec les processus biochimiques en milieu hétérogène est un problème plus complexe générant des processus non linéaires dépendants de la nature du milieu et des cinétiques de réactions. Certaines réactions telles que la dénitrification font intervenir une activité biologique pour laquelle l'influence des conditions de transport reste peu connue. Cette étude cherche à caractériser l'influence des vitesses d'écoulement sur la réactivité. Les mécanismes contrôlant les processus biogéochimiques sont dépendants de l'échelle d'étude. A l'échelle d'un tube de diamètre 2 mm, où une réaction de dénitrification s'opère sous différentes contraintes d'écoulement, les expériences montrent tout d'abord un contrôle biologique de la réactivité qui devient par la suite un contrôle physique pouvant s'expliquer par des phénomènes de diffusion au sein du biofilm formé. A l'échelle d'un milieu poreux ces travaux ont permis d'identifier une réaction de dénitrification incluant de la biotite comme donneur d'électron. A l'échelle du site des essais de push-pull ont permis de quantifier les cinétiques de dégradation des nitrates ainsi que les cinétiques de production des sous produits de réaction que tels que le protoxyde d'azote. Ces informations permettent d'estimer l'influence de cette réaction à l'échelle du site. Ces travaux permettent d'améliorer des connaissances sur la réactivité dans les aquifères à différentes échelles.

  • Titre traduit

    Multi-scale assessment of denitrification reaction in heterogeneous aquifers : experimental approaches on the influence of flow biogeochemical reactivity


  • Résumé

    Impact of physical heterogeneity on solute transport in groundwater is well known. However, the links with biogeochemical processes are more complex and create non linear processes dependent on the media's structure and the reaction kinetics. Some reactions such as denitrification are controlled by biological activity. The influence of transport properties on these processes is not clearly known. This study aims at characterizing the influence of flow velocity on reactivity at different scales. At the scale of a 2 mm diameter tube, where a denitrification reaction occurs, experiments shows a biologically controlled reaction which becomes with time physically controlled. Diffusion properties inside the developed biofilm seem to explain the observed concentrations. In porous media, biotite-related denitrification has been observed. At field scale, push-pull test allowed to quantify the effect of reaction kinetics on nitrate degradation and nitrous oxide formation. This field information allows assessing the influence of this reaction at field scale. This work improves the knowledge on reactivity in groundwater at multi-scales.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (295 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 281-295

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  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2011/22

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 11 REN1 S022
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