Revue des sciences de l'eau

Volume 20, Number 2, 2007

Table of contents (7 articles)

  1. Photocatalytic Degradation of Monolinuron and Linuron in an Aqueous Suspension of Titanium Dioxide Under Simulated Solar Irradiation

    Razika Zouaghi, Abdennour Zertal, Bernard David and Sylvie Guittonneau

    pp. 163–172

    Record

    Abstract

    EN:

    The photocatalytic degradation of two phenylurea herbicides, monolinuron (MLN) and linuron (LN), was investigated in an aqueous suspension of TiO2 using simulated solar irradiation. The objective of the study was to compare their photocatalytic reactivity and to assess the influence of various parameters such as initial pesticide concentration, catalyst concentration and photonic flux on the photocatalytic degradation rate of MLN and LN. A comparative study of the photocatalytic degradation kinetics of both herbicides showed that these two compounds have a comparable reactivity with TiO2/simulated sun light. Under the operating conditions of this study, the photocatalytic degradation of MLN and LN followed pseudo first-order decay kinetics. The kobs values indicated an inverse dependence on the initial herbicide concentration and were fitted to the Langmuir-Hinshelwood equation. Photocatalytic degradation rates increased with TiO2 dosage, but overdoses did not necessarily increase the photocatalytic efficiency. The degradation rate of MLN increased with radiant flux until an optimum at 580 W m‑2 was reached and then decreased. Under these conditions, an electron-hole recombination was favored. Finally, the photocatalytic degradation rate depended on pH, where an optimum was found at a pH value close to the pH of the point of zero charge (pH = 6).


    FR:

    La dégradation photocatalytique de deux herbicides, le monolinuron (MLN) et le linuron (LN), a été étudiée dans une suspension de TiO2 au contact de lumière solaire simulée. L’objectif de cette étude est de comparer leur photoréactivité et d’évaluer l’influence de différents paramètres tels que la concentration initiale en pesticide, la concentration en catalyseur et le flux photonique sur la cinétique de dégradation du monolinuron. L’étude comparative de la dégradation des deux herbicides a montré que les deux composés présentent une réactivité comparable avec le système TiO2/lumière simulée. Dans les conditions opératoires de cette étude, la dégradation photocatalytique du LN et du MLN suit une cinétique de pseudo ordre 1. La pseudo-constante kobs est inversement proportionnelle à la concentration initiale en pesticide et peut être décrite par une équation de Langmuir-Hinshelwood. L’étude de l’influence de la concentration en TiO2 a permis de montrer que la cinétique de dégradation du MLN augmente avec la dose de catalyseur, mais un surdosage n’est pas nécessaire pour augmenter l’efficacité du procédé. Cette étude a permis également de montrer que la pseudo‑constante d’ordre 1 de dégradation du MLN augmente linéairement avec le flux lumineux jusqu’à 580 W m-2 puis décroît. Dans ces conditions, la recombinaison des électrons trous est favorisée. Enfin, la cinétique de dégradation du MLN en fonction du pH passe par un optimum de pH proche du pH de point de charge nulle (pH = 6).

  2. Nouvelle stratégie antibiofilm par dépôt LBL d’un polyélectrolyte cationique sur la membrane de dialyse anionique AN69

    V. Lasquellec, J. Marcq, M. Sbaï, R. Filmon, T.Q. Nguyen, F. De Nardi and M. Pontié

    pp. 175–183

    Record

    Abstract

    FR:

    Cette étude présente une stratégie antibiofilm appliquée à une membrane de dialyse, l’AN69; il s’agit de réaliser une modification initiale de la surface de la membrane par un polyélectrolyte cationique, le poly(diallyldiméthyl-ammonium), noté PDADMA, selon un protocole de type « layer-by-layer ». Les caractéristiques physico-chimiques des deux membranes, l’AN69 et l’AN69 modifiée par le PDADMA, sont suivies par la détermination de la modification de la charge de la membrane en mettant en oeuvre des mesures de potentiels d’écoulement et de nombres de transports de Li+, de perméabilité hydraulique et des analyses morphologiques et topographiques effectuées par les microscopies électroniques à balayage et à force atomique, respectivement avant et après exposition à E. coli et à un biofilm marin. Nos résultats montrent tout d’abord un rôle majeur joué par l’attraction électrostatique entre les microorganismes et l’AN69 modifiée par le PDADMA à l’origine d’une adhésion forte des bactéries.

    Par ailleurs, nous avons mis au point un protocole original d’élimination du biofilm marin. Ce protocole consiste à immerger la membrane modifiée par le PDADMA et encrassée, dans une solution de chlorure de sodium 2M afin d’écranter les charges électrostatiques à l’origine de l’accroche du polyélectrolyte et permettre le décrochage du PDADMA qui entraîne avec lui l’encrassement (constitué de bactéries et autres résidus de biofilm). La recharge d’un film frais de PDADMA permet alors une réutilisation à l’infini de la membrane AN69. La simplicité de ce protocole « de régénération » ouvre la possibilité d’une modification non permanente des membranes de dialyse, dans le but de limiter les problèmes récurrents de biocolmatage et d’augmenter les durées de vie des membranes en milieu marin.


    EN:

    The harmful effects generated by biofilms have an extremely high cost. In this study, we were interested in the formation of marine biofilms forming on the wellknown anionic dialysis membrane AN69 used in the reduction of seawater salinity for the preparation of body-washing solutions. We focused our study on two membranes: AN69 and AN69 modified (denoted AN69 mod) by the sorption of poly(diallyldimethyl-ammonium), a cationic polyelectrolyte denoted by PDADMA. Physico-chemical characteristics (membrane charge from Li+ transport and streaming potential measurements, water flux from hydraulic permeability measurements and morphological/topographical measurements using SEM and AFM, respectively) were monitered during the exposure of both membranes to E. coli and natural marine biofouling solutions. Our results showed that the modification of the AN69 membrane by PDADMA its charge and increased its electrostatic affinity for bacteria. Electrostatics forces are, therefore, the main forces responsible for membrane biofouling. Furthermore we developed a simple antibiofilm protocol based on a one-step dipping operation applied to the fouled AN69 membrane which eliminates the PDADMA and associated bacteria. For the first time, all deposited marine bacteria were easily eliminated allowing for the regeneration and sustainable use of the AN69 membrane.

  3. Cartographie de la vulnérabilité à la pollution des eaux souterraines : Application à la plaine du Gharb (Maroc)

    Mina Amharref, Saadia Aassine, Abdes Samed Bernoussi and Ben Younes Haddouchi

    pp. 185–199

    Record

    Abstract

    FR:

    Dans ce travail nous présentons une méthode d’évaluation et de cartographie de la vulnérabilité à la pollution des eaux souterraines. Pour cela, nous avons introduit un indice de vulnérabilité Iv en considérant trois paramètres caractérisant le transfert d’un polluant depuis la surface sol jusqu’à la nappe. Il s’agit du temps de transit T via la zone de couverture, le degré d’épuration C’p/Cp (le rapport de la concentration C’p de l’eau en polluant à l’arrivée au niveau de la nappe par rapport à la concentration initiale Cp de l’eau polluante) et le degré de recharge R’/R (rapport de la recharge efficace par rapport à la recharge potentielle). Cet indice représente la somme pondérée de l’effet de ces trois paramètres sur la vulnérabilité. Les paramètres temps de transit et degré d’épuration ont été approchés par l’intermédiaire des vitesses de filtration, du pouvoir épurateur et des épaisseurs caractérisant les différentes couches de la zone de couverture. Le degré de recharge est estimé par le bilan hydrique, tandis que les pondérateurs des trois paramètres ont été déterminés par des tests de sensibilité suivis d’analyses de régression linéaire multiple réalisées sur des puits témoins. Cette méthode a été appliquée à la plaine du Gharb (Maroc) connue pour son système hydraulique complexe et une intense activité agricole. Ainsi, une carte de vulnérabilité intrinsèque et des cartes thématiques ont été établies pour ladite plaine en utilisant un Système d’Information Géographique (SIG).


    EN:

    Here we present a method for the evaluation and mapping of groundwater vulnerability to pollution. For this purpose, we introduce a vulnerability index, Iv, as a linear function of three parameters: 1) time of transit, T, via the unsaturated zone, 2) degree of purge, C’p/Cp (the ratio of the pollutant concentration, C’p, reaching the water table and the initial pollutant concentration in the aquifer, Cp) and 3) the degree of recharge R’/R (the ratio of the effective recharge and the potential recharge). The vulnerability index thus takes into account the weighted sum of all three parameters, which characterize the transfer of a pollutant from the soil surface to the water table. In our study, the transit time and the degree of purge were estimated by the infiltration rate, purge power and thickness, which characterize the various layers of the unsaturated zone. The degree of recharge was estimated by the water balance. The weighting coefficients of the above parameters were estimated by sensitivity tests and analyzed by linear regression using pilot wells. This method was applied to the Gharb plain in Morocco, known for its complex hydraulic system and intense agricultural activity. Intrinsic vulnerability and parametric maps were established for this area using a Geographical Information System.

  4. Évolution temporelle de l’envasement des retenues de barrages de Tunisie

    Abdallah Ben Mammou and M. H. Louati

    pp. 201–210

    Record

    Abstract

    FR:

    La mobilisation et l’exploitation des eaux de surface sont des pratiques anciennes en Tunisie. Les aménagements réalisés au cours du siècle dernier sont exposés à un alluvionnement plus ou moins accéléré. La capacité de stockage des retenues des barrages est sujette à une réduction progressive au cours du temps. Cette perte de capacité, parfois élevée, dépasse les prévisions de l’alluvionnement de la retenue. La quantification des sédiments piégés se base soit sur les bilans de matière solide à l’échelle d’une retenue, soit sur des levés bathymétriques ou topographiques. Les Modèles Numériques de Terrain (MNT) des retenues sont de plus en plus utilisés. Les différentes évaluations sont entachées d’une incertitude. Les retenues des barrages tunisiens perdent annuellement 0,5 % à 1 % de leur capacité par alluvionnement. L’analyse des résultats de mesures montre que l’alluvionnement est lié à l’hydrologie du cours d’eau, à la gestion de la réserve d’eau et aux manoeuvres de dévasement. La comparaison entre les résultats de mesures de l’alluvionnement et les prévisions des projets met en évidence des différences parfois relativement importantes qui sont dues au régime hydrologique des cours d’eau. En effet, une crue exceptionnelle peut provoquer un alluvionnement nettement supérieur à la moyenne annuelle en régime hydrologique normal. Les retenues méandriformes sont comblées rapidement alors que les retenues linéaires offrent la possibilité de soutirage de quantités importantes de sédiments. Les moyennes annuelles des pertes de capacité des barrages en exploitation et des barrages projetés jusqu’à 2010 permettent de quantifier les volumes des sédiments piégés à 500 Mm3. En 2030, la perte de capacité de stockage des barrages en exploitation pourrait atteindre 43 % de leur capacité initiale. Les aménagements amont et les travaux de conservation des eaux et des sols permettent de réduire le taux d’alluvionnement et de prolonger la durée de vie des grands réservoirs.


    EN:

    The mobilization and exploitation of surface water are ancient practices in Tunisia. Installations carried out during last century are exposed to a greater or lesser degree of accelerated silting. The storage capacity of reservoirs is progressively reduced over the course of time. This sometimes accelerated loss of capacity of reserves by silting exceeds the forecasts of hydraulic installation projects. The quantification of trapped sediments is based on the assessment of a reservoir’s retained solid matter, either by bathymetric or topographic rising or by Digital Models of Grounds (DMG) corresponding to different dates. These various evaluations of the sediments trapped in reservoirs are, however, sullied with uncertainty. Tunisian reservoirs lose 0.5% to 1% of their storage capacity to silting annually. The analysis of the results presented in this study shows that silting is related to three factors: river hydrology, water reserve management and dredging operations. The comparison between the silting results and the project forecasts highlights relatively significant differences which may be due to river hydrology. Indeed a significant rising in water level can cause an increase in silting above the annual average found during normal hydrological modes. While meandering reservoirs are quickly filled with sediment, linear reservoirs can undergo dredging to remove a significant quantity of sediment. The annual averages in storage capacity losses of the dam under exploitation and its projections up to the year 2010 enable us to quantify the volumes of the sediment trapped as 500 Mm3. In 2030, the loss of storage capacity of the studied reservoirs may reach 43% of their initial storage capacities. Installations upstream and soil and water conservation efforts may reduce the rate of silting and prolong the lifespan of large dams.

  5. Relation concentration-débit et évolution temporelle du nitrate dans 25 rivières de la région Bretagne (France)

    Jean-François Guillaud and Luc Bouriel

    pp. 213–226

    Record

    Abstract

    FR:

    La concentration de nitrate dans les 25 principales rivières bretonnes est, dans 90 % des cas, corrélée positivement au débit. Les caractéristiques hydrogéologiques des bassins versants jouent sur les termes de cette corrélation; ainsi, un taux d’écoulement superficiel important (caractéristique des bassins versants peu perméables) renforce cette corrélation et diminue le décalage temporel entre les pointes de crue et de concentration de nitrate.

    L’évolution pluriannuelle des concentrations de nitrate dans les rivières bretonnes est caractérisée par un quadruplement durant les trente dernières années. Par contre, depuis le milieu des années 90, on observe sur 80 % des rivières une tendance à la décroissance, indépendamment des évolutions pluriannuelles des débits. Le taux annuel de décroissance est d’autant plus fort que le bassin versant présente une part importante d’écoulements superficiels, et a donc une moins grande inertie hydrogéologique.

    Étant donné que les temps de réaction des bassins versants sont relativement courts (2‑10 ans), il se peut que l’on commence à constater l’effet sur les eaux superficielles d’une inversion de tendance concernant la pression agricole (baisse des fumures organiques et minérales azotées depuis le début des années 90). Ces tendances restent à confirmer et ne permettent pas encore d’atteindre, dans de nombreuses rivières, des concentrations de nitrate inférieures au seuil à partir duquel se produisent des proliférations macroalgales en zone côtière, ou de permettre sans problème la production d’eaux destinées à la consommation humaine.


    EN:

    The study of the twenty-five largest rivers of Brittany showed that nitrate concentrations are positively correlated with river flow, in 90 % of the cases. The hydrogeological characteristics of the watersheds had an influence on these relationships. In this respect, river basins characterized by prevalent surficial water runoff exhibited higher correlation coefficients and lower lag times between river flow sequences and nitrate concentrations.

    The multi-year trend in riverine nitrate concentrations indicated a fourfold increase over 30 years. Nevertheless, 80% of rivers exhibited a recent decrease in nitrate concentrations, independent of inter-annual river flow fluctuations. The highest annual rates of nitrate decrease corresponded to river basins for which rapid surficial runoff, a sign of lower hydrogeological “inertia”, was prevalent. This result may be due to a decrease in agricultural pressure (i.e., a decrease of organic manure and mineral fertilizer use since the 1990’s) in watersheds with a fairly short reaction time (between 2 and 10 years). Nevertheless this decrease in nitrate concentrations must continue in order to reach concentrations low enough to limit macroalgal eutrophication in coastal zones and to attain levels that are safe for human consumption as drinking water.

  6. Impacts des rejets urbains de temps de pluie (RUTP) sur les milieux aquatiques : État des connaissances

    Charlotte Parent-Raoult and J.-C. Boisson

    pp. 229–239

    Record

    Abstract

    FR:

    En milieu urbain, les flux générés par la pluie peuvent transporter vers les hydrosystèmes une partie des éléments polluants accumulés par temps sec et issus des diverses activités humaines. Ces flux polluants sont qualifiés de « rejets urbains par temps de pluie » (RUTP). Les études menées depuis les années 1960 ont permis d’identifier le problème en évaluant l’origine des polluants, les ordres de grandeur des concentrations et les flux émis. Les RUTP présentent un caractère épisodique, mais peuvent avoir des effets de nature chronique, liés à la répétition des phénomènes. Ils peuvent altérer les différentes composantes des milieux récepteurs : composantes physiques (e.g. modification des écoulements, de la morphodynamique), chimiques (e.g. apports de matières en suspension, fertilisants, micropolluants), biologiques (e.g. sélection des espèces, toxicité, bio-accumulation) et l’hydrosystème dans sa globalité (e.g. eutrophisation). L’intégration d’une caractérisation biologique dans l’évaluation des impacts est reconnue depuis peu, et il existe relativement peu de travaux prenant en compte cette composante. La complexité des rejets (e.g. caractère intermittent, variabilité spatio-temporelle) et la diversité des milieux récepteurs font qu’il est difficile de dresser un bilan exact des impacts. Une approche intégrée, ou holistique, est aujourd’hui préconisée prenant en compte : des descripteurs physico-chimiques, des critères de qualité du milieu (eau et sédiments), de l’habitat, du régime hydraulique, des communautés biologiques autochtones, et des données toxicologiques. Toutefois, une telle approche est difficile à mettre en oeuvre et les travaux s’appuient généralement sur des approches plus simples : études de laboratoire ou de terrain ou combinant les deux.


    EN:

    Urbanization greatly disturbs different ecosystems and particularly affects aquatic ecosystems during wet weather. Runoff can transport some of the pollutants accumulated during dry weather towards aquatic ecosystems along with the waste produced by numerous human activities (transport, industry, etc.). These flows of pollution, commonly called «urban wet weather flows», not only affect the physical, chemical and biological properties of receiving aquatic systems, but also modify the intended use of the water. The need to provide a solution to this problem explains the current increase in the number of studies devoted to the environmental impact of urban storm water.

    Urban wet weather flow studies began in the 1960’s and have permitted the assessment of the sources of pollutants, the order of magnitude of their concentrations and their loads produced. Urban storm-water pollutants are numerous and are of various origins: sewer system cleansing (scoured particles deposited during dry weather); rain wash-out of atmospheric gases and dusts (nitrogen oxides, carbon monoxide, sulphur dioxide, hydrocarbon vapours, trace metals, aerosols, etc.); rainfall on roofs (copper, zinc, lead); and rain runoff from urban areas and waterproofed surfaces, which are covered with particles accumulated during dry weather. These particles have several sources: cars (hydrocarbons, nitrogen oxides, lead, rubber, zinc, cadmium, copper, titanium, chromium, aluminium, etc.); roads (cement and tar, paint used for road markings, sand and chemical de-icers, detergents, surfactants, etc.); industry (organic matter and organic micro-pollutants); animals (manure as a source of organic matter and bacterial and viral contaminations); solid wastes (plastic, various metals, papers, etc.); and plants (more or less easily biodegradable organic matter, nitrogen, phosphate and pesticide discharges). It is very difficult to define the composition of a standard urban wet weather flow, since the concentrations and loads of pollutants vary considerably according to the type of sewer network (combined, storm-water, etc.), the origin of the water (rainfall, road runoff, settling and infiltration tanks, sewer overflows, etc.), and, of course, the characteristics of the watershed (land use, etc.) and the prevailing weather.

  7. Étude des facteurs contrôlant la sorption de Cr(VI) sur une hydrotalcite de synthèse

    Abdellah Bakhti and Mohand Saïd Ouali

    pp. 241–250

    Record

    Abstract

    FR:

    La sorption des ions chromate de solutions aqueuses sur une hydrotalcite de synthèse et sur son produit de calcination a été étudiée. L’interaction de ces matériaux avec les ions chromate montre que la cinétique de sorption est rapide et suit une expression de vitesse de sorption réversible du premier ordre. Les influences du pH, de la concentration en ions chromate de la solution et de la température ont été étudiées afin d’optimiser la sorption. Le traitement de solutions contenant de 10 à 200 mg L-1 de Cr(VI) a donné de bons résultats. Les capacités de sorption de ces matériaux sont 1,3 et 2,4 mmol g‑1 de Cr(VI), respectivement. L’étude de la réversibilité de la sorption des ions chromate indique qu’il est possible d’utiliser les hydrotalcites calcinées comme sorbants recyclables. Ceci suggère notamment que ces derniers pourraient constituer d’intéressants supports pour le piégeage d’ions chromate.


    EN:

    The sorption of chromate ions from aqueous solutions onto a synthetic hydrotalcite and its calcination product was investigated. The interaction of these materials with chromate ions shows that the kinetics of sorption are fast and follow a first-order reversible model. The effects of pH, chromate ion concentration and temperature on the sorption were studied. Solutions containing from 10 to 200 mg L‑1 of Cr(VI) were successfully treated. The sorption capacities of these materials are approximately 1.3 and 2.4 mmol CrO42-, per g, for the hydrotalcite and its calcination product, respectively. The reversibility of the sorption of chromate ions suggests the possible use of the calcined hydrotalcites as recyclable sorbents, which may constitute useful supports for trapping chromate ions.

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