Soutenance de thèse Wen DAI

Soutenance de Thèse de Madame Wen Dai

Comportement géochimique de matrices organo-minérales anthropiques : vers
une modélisation multi-surfacique simplifiée de la lixiviation des éléments
majeurs et traces

Soutenance prévue le mardi 23 juin 2026 à 9h00
Lieu : 503 Rue de la Physique, 69100 Villeurbanne
Salle : Amphithéâtre Gaston Berger INSA Lyon

Depuis le début du siècle, les solutions dites fondées sur la nature (SFN) se sont développées pour la gestion des eaux domestiques et/ou pluviales. Parmi ces installations, les SFN avec écoulement vertical de l’eau à travers un milieu poreux (filtres plantés de roseaux, bassins d’infiltration) ont montré des bonnes performances de traitement. Dans ces ouvrages, les particules en suspension s’accumulent en surface. Ces dépôts de surface ainsi issus des SFN pour la gestion des eaux urbaines présentent des teneurs élevées en matière organique et en éléments métalliques (par exemple, Al, Fe, Ca, Mg, Zn, Cu, Ni, Pb, Cd, Co, Cr). L’interaction entre ces deux composantes génère des processus complexes (adsorption, complexation, échange ionique…) et d’évolution (lixiviation des éléments, minéralisation de la matière organique), dont l’issue dépend de la forme de la matière organique, du pH, de l’état d’oxydoréduction et des phases minérales porteuses présentes. C’est l’ensemble de ces mécanismes et paramètres qui conditionnent la mobilité et la biodisponibilité des métaux. Cette thèse s’intéresse à la modélisation géochimique de la lixiviation des matrices anthropiques riches en matière organique, issues des filtres plantés de roseaux et des bassins d’infiltration. L’objectif est de comprendre la spéciation et la distribution des espèces entre phases solide et liquide, afin d’évaluer le risque environnemental associé, tout en développant une méthode de modélisation nécessitant un nombre réduit de paramètres d’entrée. Ces travaux fournissent une base scientifique pour la valorisation des dépôts de surface et la gestion de l'environnement. La méthode proposée repose sur Model VII (Tipping et al., 2011), intégré dans un modèle multi-surfacique (Marsac et al., 2017; Banc, 2021), décrivant l’adsorption des métaux sur les surfaces minérales et organiques (dissoute, colloïdale et solide). L’approche adoptée se veut parcimonieuse, dans le but de réduireles données de rentrée du modèle et, donc les expérimentations associées. La démarche s’appuie essentiellement sur des tests de neutralisation acido-basique complets (NF EN 14429, 2015), en recourant à des corrélations empiriques définissant la quantité d’acide fulvique dissoute et celle de la matière organique dissoute (COD<0,45 μm) en fonction de la quantité d’acide ou de base ajoutée. Pour construire la méthode, une première matrice de type dépôt de surface de filtre planté de roseaux a été utilisée. Une deuxième matrice de type sédiments de bassin d’infiltration a permis de valider l’approche globale et les corrélations définies sur la première matrice. Une analyse de sensibilité a été menée sur trois paramètres : le carbone organique dissous (COD<0,45 μm), la quantité de matière organique totale (COT) et la fraction d’acide fulvique (ratio AF/COT). Les résultats soulignent que le COT constitue un paramètre déterminant, au même titre que la présence de phases minérales, pour le calage du modèle et la reproduction des courbes de titration (pH). Le ratio AF/COT, en revanche, n’exerce que peu d’influence sur la modélisation géochimique des principaux éléments, à l’exception de certains éléments (par exemple le Ni). Enfin, les simulations révèlent que l’augmentation du COD<0,45 μm accroît le relargage des métaux par complexation, adsorption compétitive et dissolution dans différentes conditions environnementales simulées. Ainsi, la thèse propose une méthode de modélisation multi-surfacique parcimonieuse, généralisable à diverses matrices anthropiques, avec un niveau de précision prérequis sur les paramètres organiques pour garantir une prédiction fiable de la lixiviation et de la spéciation des éléments métalliques.