L'impact environnemental du changement climatique, une corrélation avec le cycle hydrologique et la concentration de la pollution dans la région Litani. Utilisation des résines inertes et polymères sur l'échange ioniques sur l'interface eau-sediment, application en dépollution sur place du Lac de Qa

par Ali Hayek

Projet de thèse en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Evelyne Garnier-zarli.

Thèses en préparation à Paris Est en cotutelle avec l'Université libanaise , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec LEESU - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbain (laboratoire) depuis le 01-04-2017 .


  • Résumé

    Introduction : L'eau est le milieu de vie de la plupart des êtres vivants sur la terre. L'eau couvre les trois quart de la surface de la terre dont 97% est de l'eau salée (océan, mer…) et 3% seulement est de l'eau douce consommable (rivières, ruisseaux, eau souterraine…). Les 2/3 de cette eau sont immobilisés dans les glaces et les neiges. L'eau intervient dans la plupart des activités des êtres vivants et surtout dans les activités humaines (nourritures, les boissons, les activités industrielles, le transport, refroidissement…) [1]. La pollution peut être définie comme toute modification des propriétés physiques, biologiques et chimiques de l'eau. A cause du développement démographique, les besoins en eau sont en expansion. Ils sont accompagnés par la pollution de l'environnement et surtout de l'eau à cause de l'utilisation de grandes quantités de produits chimiques minéraux (métaux lourds) et organiques (colorants et solvants industriels, dérivés pharmaceutiques, pesticides introduits par l'agriculture) qui sont rejetés dans la nature et conduits au travers des courants d'eau vers les eaux souterraines par les écoulements naturels [2]. L'agriculture est à l' origine d'une quantité non négligeable de contaminants des eaux, en particulier à cause de l'utilisation excessive d'engrais, qui ne sont pas consommés par les plantes et sont souvent des produits azotés et phosphatés très récalcitrants à la décomposition. Ce sont ces grandes quantités d'azote et de phosphore qui sont apportées par le ruissellement vers les cours d'eau et sont à l' origine du phénomène d'eutrophisation dans les eaux stagnantes. Dans ce phénomène, des algues se développent rapidement à la surface et provoquent une diminution de la luminosité et de la quantité d'oxygène dilué qui est nécessaire pour la survie des espèces aquatiques. L'eutrophisation a un impact négatif sur la biodiversité. Ces algues peuvent par la suite provoquer des problèmes au niveau des stations d'épuration qui peuvent être construits à cote des cours d'eau et des barrages. En conséquence, la concentration des composants comme les métaux lourds, des anions nitrates et phosphates, pesticides, colorants, pharmaceutiques… augmente dans l'eau de surface comme les fleuves. Un échange ionique entre l'eau et les sédiments aura lieu, ce qui introduit un changement de la concentration de ces ions dans les deux milieux (aquatique-sédiment). L'échange ionique qui se fait à l'interface eau-sédiment, dépend de plusieurs facteurs. La nature des sédiments influence le taux de diffusion, de fixation et d'échange des ions dans les deux sens de l'interface. La concentration des composées ioniques, le pH du milieu, le composé microbiologique de l'interface qui introduit une quantité supplémentaire de quelques anions (nitrates, phosphates…) venons de la dégradation des matières organiques et d'autres facteurs influence l'échanges ioniques eau-sédiment. La détermination du taux d'échange ionique eau-sédiment est important dans le choix des méthodes de dépollution. L'émission énorme des gaz à effet de serre, surtout le dioxyde de carbone, et la diminution des espaces vertes, sont les causes principales du changement climatique. Alors, des perturbations climatiques et une diminution de la quantité de précipitation et du ruissellement ont été observées. En plus, le développement démographique et industriel est accompagné par une consommation développée de l'eau superficielle et sous-terraine. En conséquence, on observe dans les dernières années, une diminution dans les niveaux des eaux superficielles et souterraines. Cette diminution, est accompagnée par une concentration supplémentaire des polluants dans les courants d'eau. La pollution, le changement climatique et les problèmes qui les accompagnent, ont un impact environnemental remarqué surtout sur la diversité animale et végétale dans les courants d'eaux et dans ces environs. Objectifs de la thèse : - Le but principale de cette thèse est de mettre une corrélation entre le changement climatique et le développement démographique et industriel dans les derniers années d'un part avec le cycle hydrologique, le niveau des eaux superficielles et sous-terraines et la concentration des polluants dans ces eaux d'autre part [3]. L'étude aura lieu sur le rivière Litani et son environ [4]. - Une étude spécifique sera concentrée sur la Lac Quaroun. Cette étude doit mettre en place la nature des polluants et des sédiments et les échanges sur l'interface eau-sédiment. Le composé microbiologique de l'interface qui introduit une quantité supplémentaire de quelques anions (nitrates, phosphates, carbonates…) venons de la dégradation des matières organiques sera aussi étudié [5]. - Etude de la nature et des propriétés physico-chimiques des sédiments dans le site du Lac de Quaroun et sa composition ionique et microbiologique ainsi de l'eau interstitielle et du fond dans le même site. - Etude de l'échange ionique sur l'interface eau-sédiment, et déterminer la relation du taux d'échange et sa direction avec les propriétés des sédiments et les facteurs physico-chimiques qui influence cet échange. - La synthèse des résines inorganiques à base de zéolithes et polymères par polymérisation et par greffages sur la surface inorganique, et de les tester sur l'extraction des minéraux et des anions (nitrate, phosphate, sulfate) en milieu aquatique. - Ces études serons accompagnée par la proposition des solutions pour maintenir la qualité des eaux (superficielles et sous-terraines) et la biodiversité dans l'environnement surtout la proposition d'une méthode de traitement de l'eau du Lac basée sur l'utilisation des résines inertes (ex. Zéolithes) et polymères obtenues par polymérisation directe ou par greffage sur la surface des résines inertes.

  • Titre traduit

    Environmental impact of climate change, a correlation with the hydrological cycle and concentration of pollution in the Litani region. Use of inert and polymeric resins on ion exchange on the water-sediment interface, on-site depollution of Qaroun La


  • Résumé

    Introduction: Water is the living environment of most living beings on earth. Water covers three-quarters of the earth's surface, of which 97% is salt water (ocean, sea ...) and only 3% is fresh water consumable (rivers, streams, groundwater ...). Two-thirds of this water is immobilized in ice and snow. Water intervenes in most activities of living beings and especially in human activities (foods, beverages, industrial activities, transport, cooling ...) [1]. Pollution can be defined as any change in the physical, biological and chemical properties of water. Because of demographic development, water needs are expanding. They are accompanied by pollution of the environment and especially water due to the use of large quantities of mineral (heavy metals) and organic chemicals (industrial dyes and solvents, pharmaceutical derivatives, pesticides introduced by agriculture ) Which are discharged into the natural environment and carried through the water currents to the groundwater by natural flows [2]. Agriculture is responsible for a not insignificant amount of water contaminants, in particular because of the excessive use of fertilizers, which are not consumed by plants and are often very recalcitrant nitrogen and phosphate products To decomposition. It is these large quantities of nitrogen and phosphorus that are contributed by runoff to rivers and are at the root of the phenomenon of eutrophication in stagnant waters. In this phenomenon, algae develop rapidly on the surface and cause a decrease in the luminosity and amount of diluted oxygen that is necessary for the survival of aquatic species. Eutrophication has a negative impact on biodiversity. These algae can subsequently cause problems at the sewage treatment plants which can be built next to rivers and dams. As a result, the concentration of components such as heavy metals, nitrate and phosphate anions, pesticides, dyes, pharmaceuticals ... increases in surface water like rivers. Ion exchange between water and sediment will occur, which introduces a change in the concentration of these ions in both aquatic and sediment media. The ion exchange at the water-sediment interface depends on several factors. The nature of the sediments influences the rate of diffusion, fixation and exchange of ions in both directions of the interface. The concentration of the ionic compounds, the pH of the medium, the microbiological compound of the interface which introduces an additional quantity of some anions (nitrates, phosphates ...) come from the degradation of organic matter and other factors influence ionic exchanges water -sediment. The determination of the water-sediment ion exchange rate is important in the choice of depollution methods. The enormous emission of greenhouse gases, especially carbon dioxide, and the reduction of green spaces, are the main causes of climate change. Then, climatic disturbances and a decrease in the amount of precipitation and runoff were observed. In addition, demographic and industrial development is accompanied by a developed consumption of surface and underground water. As a result, in recent years there has been a decrease in surface and ground water levels. This decrease is accompanied by an additional concentration of pollutants in the water currents. Pollution, climate change and associated problems have a noticeable environmental impact, especially on plant and animal diversity in and around watercourses. Objectives of the thesis: - The main aim of this thesis is to correlate climate change with demographic and industrial development in the last years, on the one hand with the hydrological cycle, surface and underground water levels and the concentration of pollutants in These waters on the other hand [3]. The study will take place on the Litani River and its surrounding [4]. - A specific study will focus on Lake Quaroun. This study should establish the nature of pollutants and sediments and exchanges on the water-sediment interface. The microbiological compound of the interface which introduces an additional quantity of some anions (nitrates, phosphates, carbonates ...) come from the degradation of organic matter will also be studied [5]. - Study of the nature and physicochemical properties of sediments in the Lake Quaroun site and its ionic and microbiological composition and of the interstitial water and the bottom in the same site - Study of the ion exchange on the water-sediment interface and determine the relation of the exchange rate and its direction with the properties of the sediments and the physicochemical factors that influence this exchange. - The synthesis of inorganic resins based on zeolites and polymers by polymerization and grafting on the inorganic surface, and to test them on the extraction of minerals and anions (nitrate, phosphate, sulphate) in an aquatic environment. - These studies will be accompanied by the proposal of solutions to maintain water quality (surface and underground) and biodiversity in the environment especially the proposal of a method of treatment of lake water based on the use Inert resins (eg, zeolites) and polymers obtained by direct polymerization or by grafting on the surface of inert resins.