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En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Ins

En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) Discipline ou spécialité : Hydrologie, Hydrochimie, Sols, Environnement Présentée et soutenue par : Mme LOUBNA EL FELS le samedi 20 décembre 2014 Titre : Unité de recherche : Ecole doctorale : SUIVI PHYSICO-CHIMIQUE, MICROBIOLOGIQUE ET ECOTOXICOLOGIQUE DU COMPOSTAGE DE BOUES DE STEP MELANGEES A DES DECHETS DE PALMIER: VALIDATION DE NOUVEAUX INDICES DE MATURITE Sciences de l'Univers de l'Environnement et de l'Espace (SDUEE) Ecologie Fonctionnelle (ECOLAB) Directeur(s) de Thèse : M. ERIC PINELLI M. MOHAMED HAFIDI Rapporteurs : M. MOHAMMED RIHANI, UNIV. CHOUAÏB DOUKKALI - EL JADIDA M. RACHID MRABET, INSTITUT NAT. DE LA RECH. AGRONO. RABAT Membre(s) du jury : M. ANDRÉ AMBLES, UNIVERSITE DE POITIERS, Président 2 M. ERIC PINELLI, INP TOULOUSE, Membre 2 M. MOHAMED HAFIDI, UNIV. DE CADI AYYAD MARRAKECH MAROC, Membre 2 M. YEDIR OUHDOUCH, UNIV. DE CADI AYYAD MARRAKECH MAROC, Membre ii Avant Propos FICHE PRESENTATIVE DE LA THESE Cette thèse fait l’objet d’une cotutelle au sein du Laboratoire Ecologie et Environnement (L2E) (Unité associée au CNRST, URAC32), Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad de Marrakech sous la direction du Professeur Mohamed HAFIDI, conjointement avec le Laboratoire Ecolab (UMR 5245, CNRS-INPT-UPS), Institut National Polytechnique Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse ENSAT, INPT sous la direction du Professeur Eric PINELLI. Nom et prénom de l’auteur : Loubna EL FELS Intitulé du travail : Suivi physico-chimique, microbiologique et écotoxicologique du compostage de boues de STEP mélangées à des déchets de palmier: validation de nouveaux indices de maturité. Directeurs de thèse : - Nom, Prénom: Professeur Mohamed HAFIDI. Laboratoire Ecologie et Environnement (L2E) (Unité associée au CNRST, URAC32), Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad Marrakech, Maroc. - Nom, Prénom: Professeur Eric PINELLI Laboratoire Ecolab (UMR 5245, CNRS-INPT-UPS), Institut National Polytechnique Ecole Nationale Supérieure Agronomique ENSAT, INP, Toulouse, France. Laboratoires où les travaux de cette thèse ont été réalisés : - Laboratoire Ecologie et Environnement (L2E) (Unité associée au CNRST, URAC32), Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad, Marrakech-Maroc. - Laboratoire Biologie et Biotechnologie des Microorganismes, Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad, Marrakech- Maroc. iii - Laboratoire Physico-Chimique des Matériaux et Environnement (LPCME), Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad, Marrakech- Maroc. - Laboratoire Ecolab (UMR 5245, CNRS-INPT-UPS), Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse ENSAT, Institut National Polytechnique de Toulouse, France. - Laboratoire Synthèse et Réaction des Substances Naturelles (SRSN) à l’Université de Poitiers, France. Cadre de Coopération-soutien financier : -URAC 32 (Unité associée au CNRST) - Bourse d’Excellence Eiffle du gouvernement Français N° de dossier 783997j Date du commencement des travaux de recherche: Octobre 2013. Publications et communications aux quelles ce travail a donné lieu : Publications : 1. El Fels L., Zamama M., El Asli A., Hafidi M. (2014): Assessment of biotransformation of organic matter during co-composting of sewage sludge- lignocelullosic waste by chemical FTIR analyses and phytotoxicity tests. International Biodeterioration and Biodegradation, 87, 128-137. 2. El Fels L., Lemee L., Ambles A., Hafidi M. (2014): Identification and biotransformation of lignin compounds during co-composting of sewage sludge- palm tree waste using pyrolysis-GC/MS. International Biodeterioration and Biodegradation, 92, 26-35. 3. El Fels L., EL Ouaqoudi F. Z., Lemee L., Winterton P., Merlina G., Ouhdouch Y., Pinelli E., Ambles A., Hafidi M. (2014): Identification and assay of the microbial fatty acids during co-composting of active sewage sludge with palm waste by TMAH-thermochemolysis coupled with GC-MS. Chemistry and Ecology. DOI:10.1080/02757540.2014.932782. iv 4. El Fels L., El Ouaqoudi F.Z., Barje F., Hafidi M., Ouhdouche Y. (2014): Two cultures approaches used to determine the co-composting stages by assess of the total microflora change during sewage sludge and date palm waste co-composting. Journal of Environmental health Science and Engineering 12:132. DOI: 10.1186/s40201-014-0132-4. 5. El Ouaqoudi F.Z., El Fels L., Winterton P, Lemee L, Ambles A, Hafidi M, (2014), Study of humic acids during composting of ligno-cellulose waste by spectroscopic (FTIR) and thermal (TGA/TDA) analysis. Compost Science and Utilization, 22(3), 188-198. 6. El Fels L., El Asli A., Ouhdouch Y., Hafidi M. (2014): Effect of co-composting on helminth eggs removal. Environmental Engineering and Management (accepted, in press). 7. El Fels L., Ouhdouch Y., Hafidi M. (2014): Use of the co-composting time extract agar to evaluate the microbial community changes during the co-composting of activated sludge and date palm waste. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture (accepted, in press). 8. El Fels L., Hafidi M., Silvestre J., Kallerhoff J., Merlina G., Pinelli E. (2014): The efficiency of co-composting process to remove genotoxicity from sewage sludge containing hexavalent chromium. Ecological Engineering (submitted). 9. El Fels L., Lemee L., Geffroy C., Ambles A., Hafidi M. (2014): Transformation of steroid compounds during co-composting of date palm-sewage sludge as evidenced by pyrolysis-gas chromatography-mass spectrometry coupling. Ecological Engineering (submitted). 10. El Fels L., Hafidi M., Ouhdouch Y. (2014): Screening for antimicrobial microflora from active sludge and date palm waste compost and actinobacteria sanitization activities. Environmental Technology (submitted). v Communications : 1. El Fels L., Lemee L., Winterton P., Merlina G., Ouhdouch Y., Zamama M., Pinelli E., Ambles A., Hafidi M. Assessment of microbial community signatures during co-composting of active sewage sludge and lignocellulosic waste by TMAH- thermochemolysis coupled with gas chromatography-mass spectrometry. Eurasia waste management symposium, 28-30 April, Istanbul, 2014 Turkey. 2. Elouaqoudi F.Z., El Fels L., Agronomic evaluation of the effect of composts resulting from treatment by composting of a lignocellulosic substrate. Eurasia waste management symposium., 28-30 April, Istanbul, 2014 Turkey. 3. El Fels L., Ouhdouch Y., Lemee L., Pinelli E., Ambels A., Hafidi M. Bio- Transformation of Lignin compounds during co-composting of sewage sludge-date palm waste using pyrolysis-GC/MS technique and assessment of maturity of compost. 4eme édition du congrès international : Eau, Déchets et Environnement., 18- 20 Décembre, Agadir, 2013- Maroc. 4. El Fels L., El Assli A., Ouhdouch Y., Hafidi M. Monitoring of parasitolological contamination of compost product and efficiency of co-composting process removal of sludge helminthes eggs. 4eme édition du congrès international: Eau, Déchets et Environnement., 18- 20 Décembre, Agadir, 2013- Maroc. 5. El Fels L., Boukeskasse A., Chafii K., Ouhdouch Y., Hafidi M. Indigenous microflora evolution during co-composting of sewage sludge and date palm waste. 4eme édition du congrès international : Eau, Déchets et Environnement., 18- 20 Décembre, Agadir, 2013- Maroc. 6. El Fels L., Ouhdouch Y., Lemee L., Ambels A., Hafidi M. Characterization of organic compounds by pyrolysis and assessment of maturity of compost sludge of step. The Second Edition of the International Congress :"Microbial Biotechnology for Development" (MICROBIOD 2) 02-04 October, Marrakech, 2012-Morocco. 7. El Hassan C., El Fels L., Ouhdouch Y., Hafidi M. Traitement de boues issues des bassins d’évaporation des rejets d’huileries d’olives par le procédé de compostage. The Second Edition of the International Congress: "Microbial Biotechnology for Development" (MICROBIOD 2) 02-04 October, Marrakech, 2012-Morocco. vi 8. El Fels L., Ouhdouche Y., Duponnois R., Hafidi M. Evaluation de la phytotoxicité au cours de la biotransformation aérobie des boues de step (Boues activées). Third International Symposium of Microbial Biotechnologies « Technological Innovations & Valorization of Biomolecules » CIBM, 15 to 17 March, Tangier, 2012- Morocco. 9. El Fels L., Seyni Hasimi M., Ouhdouch Y., Duponnois R., Amblèse A., Lemee L., André, Moukrim A., Hafidi M. Biological breakdown during composting: case of sludge from Marrakesh waste water purification station. Water and Environment International conference "WATEIC-2011. 26-29 October, Marrakech, 2011, Maroc. 10. El Fels L., Meddich A., Duponnois R., Ambles A., Lemee L., Hafidi M. Traitement de boues de step par la filière de compostage. La 6éme Edition des Journées Internationales des Géosciences de l’Environnement. 21-23 Juin, Oujda, 2011, Maroc. 11. El Fels L., Hafidi M. Gestion d’assainissement liquid et épuration des eaux uses au Maroc. Colloque Scientifique International, 21-25 Avril, 2011, Togo. 12. El Fels L., Meddich A., Duponnois R., Moukrim A., Hafidi M. Traitement et valorisation de boues de step par la filière de compostage. 1er workshop Maroco- Tunisien Traitement et valorisation des eaux usées et des déchets organiques biodégradables. 21-23 Mars, Casablanca, 2011, Maroc. vii Résumé Le traitement de boues de station d'épuration (Boues activées de Marrakech) en mélange avec déchets verts (Palmier dattier) selon deux mélanges dont les proportions : A (1/3 Boues + 2/3 Déchets de palmier) et B (1/2 Boues + 1/2 Déchets de palmier), a été effectué par la filière du compostage, pendant six mois. Au cours du co-compostage, l’intense activité microbienne s’est traduite par une augmentation de température (autour 65 °C) au cours des premières semaines (phase thermophile) et un taux de décomposition final de l’ordre de 40%. Après six mois de co-compostage, le compost final est caractérisé par un rapport C/N voisin de 10, un rapport de NH4 +/NO3 - < 1, un pH autour de la neutralité signe de maturité des composts. L’analyse FTIR a montré une diminution de l'absorbance des bandes aliphatiques et l'augmentation de la structure de bandes d'absorbance aromatiques reflètent l'état d'avancement du processus d'humification. Le taux d’abattement des lipides totaux est de l’ordre de 43%. Les esters méthyliques d’acide gras (FAMEs) des Gram-positif uploads/Science et Technologie/ these-compostage.pdf