Master Mention Chimie et sciences du vivant

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Sommaire du cours :

• Introduction à la chimie environnementale des micropolluants organiques en milieu aquatique,
• Analyse des micropolluants organiques : prétraitement de l’échantillon et méthodes d’analyse,
• Etude de quelques familles de micropolluants : pesticides, HAP, organométalliques, détergents, perturbateurs endocriniens.

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Les TP Analyse de l’eau se décomposent en 2 parties, la première est dédiée aux paramètres globaux, la seconde concerne les micropolluants organiques.

• TP Analyse de l’eau : paramètres globaux : 5 séances de TP de 8h (40h)
  • Analyse d’une eau minérale : étude de la balance ionique d’une eau de boisson, dosage des constituants majeurs d’une eau. Mise en œuvre de l’échange d’ions : détermination de la capacité d’échange des résines cationiques forte et faible et application à l’eau minérale analysée.
  • Bilan en azote réduit : dosage de l’ammonium par la méthode de Nessler, application au dosage d’une eau polluée ou échantillon commercial.
  • Bilan en azote oxydé : dosage des nitrites par la méthode à la sulfanilamide, dosage des nitrates après réduction en nitrites sur Cd activé. Application à des échantillons solides (légumes) après différents types d’extraction.
  • Dosages colorimétriques du phosphore : utilisation de deux méthodes colorimétriques complémentaires, application au dosage des phosphates et du phosphore total d’un engrais et d’un terreau commerciaux.
  • Etude de la pollution carbonée d’une eau : demande chimique en oxygène, demande biologique en oxygène et carbone organique total. Application aux eaux d’entrée et de sortie de la mini-station d’épuration.

• TP Analyse de l’eau : micropolluants organiques : 3 séances de TP de 4h (12h)
  • Dosage des BTX et identification d’un arôme artificiel dans une eau par couplage chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse.
  • Identification et dosage de phénols en milieu aqueux par chromatographie gazeuse – détection à ionisation de flamme.
  • Dosage des hydrocarbures contenus dans une eau polluée.

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Sommaire du cours :

• Les différentes définitions du terme déchets
• Les grandes familles de déchets
• Etat des lieux chiffrés en matière de déchets
• Le code nomenclature européen des déchets
• La caractérisation du gisement
• La caractérisation des déchets
• Le transport des déchets
• Les plans de gestion des déchets
• Les relations déchets/matières premières – énergie - environnement
• Les stratégies de gestion des déchets et leur hiérarchisation

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Course summary :

• Sampling: definition and environmental context, different types of samples, strategies, Quality control and errors, sampling techniques, sampling for analysis of various elements, stability and storage of the samples.

• Sample preparation: liquid samples (filtration, extraction), solid samples (grinding, sieving, freeze-drying, stabilization), solubilization of the sample (mineralization, extraction).
• On-site and basic analyses: Field measurements and analyses, Physical and physico-chemical measurements, Water inorganic composition, Overall organic pollution parameters, Nitrogen and phosphorus pollution.
• One-day field work.

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Sommaire du cours :

• Echantillonnage: définition et contexte environnemental, les différents types d’échantillons, les stratégies, la contrôle qualité et les erreurs, les techniques d’échantillonnage, échantillonnage pour analyse de divers éléments, stabilité et stockage des échantillons prélevés.
• Préparation des échantillons : échantillons liquides (filtration, extraction), échantillons solides (broyage, tamisage, lyophilisation, stabilisation), mise en solution de l’échantillon (minéralisation, extraction).
• Analyses sur site et analyses de base : Mesures et analyses de terrain, Mesures physiques et physico-chimiques, Les titres de l’eau, Les paramètres globaux de pollution organique, Pollutions azotée et phosphorée.
• Sortie terrain

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Sommaire du cours :

1. État fluide

Niveaux de description du mouvement. Le point de vue macroscopique. Validité de l’approche du milieu continu. Le concept de particule fluide. Propriétés d’un fluide.

1. Cinématique

Description du mouvement d’un fluide, eulérienne et lagrangienne. Dérivée particulaire.

1. Dynamique des fluides parfaits

Équation de conservation de la masse. Équation de conservation de la quantité de mouvement pour un fluide parfait ou équation d’Euler. Équation de Bernoulli et applications : divergent, tube de Venturi, sonde de Pitot & vidange d’un réservoir (niveau constant et fonction du temps).

1. Écoulements dans des canalisations

Expérience de Nikuradse. Pertes de charge régulières. Équations de Blasius, de Kàrmàn-Prandl et de Colebrook-White. Diagramme de Moody. Conduites en série ou en parallèle. Pompe hydraulique. Réseaux hydrauliques.

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Géomatique et SIG – Notions de géodésie – Prise en main de QGIS – Manipuler des données vecteur – Tables attributaires – Sélections attributaires – Sélection spatiales – Manipuler des données raster      –  Représenter des données et les mettre en page –  Analyses thématiques – Mise en page de cartes – Recherche de données SIG et autres ressources.

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This course focuses on the study of the localization and speciation of chemical elements in environmental and biological samples using so-called direct techniques, i.e. which do not require chemical extraction step(s). It is thus possible to work directly on the solid phase. Part of the course is dedicated to techniques for obtaining localization information by chemical imaging (electron microscopies, X-ray microfluorescence...), and speciation by X-ray absorption spectroscopy (XANES, EXAFS) and X-ray diffraction. The other part of the course is dedicated to the conditions of sample preparation and analysis, which is a key factor in this approach. The course is accompanied by TD/TP. Concrete examples of the application of these techniques in the field of the environment illustrate the course.

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Ce cours porte sur l’étude de la localisation et de la spéciation des éléments chimiques dans l’environnement et les échantillons biologiques en utilisant des techniques dites directes, c’est à dire qui ne nécessitent pas de phases d’extractions chimiques. Il est ainsi possible de travailler directement sur la phase solide.

Une partie du cours est dédiée aux techniques permettant d’obtenir les informations de localisation par imagerie chimique (microscopies électroniques, micro-fluorescence X...), et de spéciation par spectroscopie d’absorption X (XANES, EXAFS) et diffraction des rayons X. 

L’autre partie du cours est dédiée aux conditions de préparation des échantillons et d’analyses, qui est un facteur clé dans cette approche.

Le cours s’accompagne de TD/TP. Des exemples concrets d’application de ces techniques dans le domaine de l’environnement illustrent le cours.

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• Introduction aux méthodes géophysiques.
• Sismique réfraction : propagation des ondes sismiques. Outils d'acquisition. Exploitation par la méthodes des intercepts. Sensibilisation à la méthode des délais et à la tomographie de réfraction.
• Radar géologique : Principes généraux. Notion d'image temps et image profondeur. Analyse de vitesse. Caractérisation géométrique de la proche subsurface, estimation du contenu en eau.
• Études de cas et applications : estimation de porosité, fracturation et karstification, intrusions salines, suivi de pollution, vulnérabilité des aquifères...
• Atelier de terrain : étude multiméthodes d’une zone donnée

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Les polluants organiques de l’air (V. Desauziers 7.5h C, 7.5h TD)

1. Généralités : définitions, nature, sources des Composés organiques volatils (COV)
2. Les émissions de sources fixes : réglementation, mise en place d’un prélèvement, mesure des COV totaux, mesure des COV individuels (échantillonnage par adsorption et analyse chromatographique).

III. Air ambiant : réglementation, échantillonnages passif et actif.

1. Air des lieux de travail : adaptation des principes d’échantillonnage et d’analyse au cas particulier des ambiances de travail.
2. Air intérieur : contexte, démarche réglementaire, méthode d’analyse des polluants réglementés (dont l’analyse spécifique des aldéhydes), caractérisation des émissions de matériaux (essai d’émission en chambre environnementale).

Aérosol atmosphériques – Systèmes de mesures (V. Pont, 3h C, 3h TD)

I-Introduction

II-Définition de l’aérosol et domaines de dimension : Gamme de dimension, Gamme de concentration, densité volumique

III-Caractérisation granulométrique : Distribution log-normale: en nombre, masse, surface et volume, granulométrie liée au comportement: diamètre équivalent, diamètre de Stokes, diamètre aérodynamique

IV- Mécanismes élémentaires de transfert, propriétés et contraintes de la mesure : Diffusion brownienne, Inertie (Impaction, diffusion turbulente, centrifugation), Champ extérieur (sédimentation, électrophorèse, thermophorèse), Comportement caractéristique du domaine moléculaire au domaine continu

V- Systèmes de mesures des propriétés de l’aérosol atmosphérique : composition chimique (filtration, analytique, chimie en ligne (ACSM, SP2)), granulométrie (impacteurs, APS, OPS, SMPS), concentration en masse (pesée, TEOM), propriétés optiques (aethalomètre, néphélomètre, photomètre).

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Course summary :

Carbon accounting :

• Overview, global, energy and regulatory issues,
• Sources, emission factors and scope of accounting,
• Methodology and implementation,
• Feedback,
• Practical case: realization of the Bilan carbone® of a university.

LCA :

• Introduction : historical context, environmental issues,
• Principle, method, definition, conceptual and normative framework (ISO 14040 to 14044), tools, applications, limits.

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Sommaire du cours :

Comptabilité Carbone :

• Présentation générale, enjeux mondiaux, énergétiques, règlementaires.
• Sources, facteurs d’émission et périmètres de comptabilisation.
• Méthodologie et réalisation.
• Retours d’expériences.
• Cas pratique : réalisation du Bilan Carbone® d’une université.

ACV :

• Introduction : rappels historiques, enjeux environnementaux,
• Principe, méthode, définition, cadre conceptuel et normatif (les normes ISO 14040 à 14044), outils, applications, limites.
• Retours d’expériences.

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• Les différents modes de corrosion en milieu humide,
• Conditions de protection,
• Prévision de la corrosion (diagramme E= pH, cinétique de corrosion).

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• Introduction : rappels sur la répartition des formes de carbone inorganique dans les eaux, équilibres à considérer, définitions (eaux agressives, entartrantes, à l’équilibre), données nécessaires aux calculs, distinction éléments fondamentaux/caractéristiques,
• Méthodes graphiques : diagrammes de Tillmans-Guigues, Hallopeau-Dupin et, Legrand-Poirier.

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• Définition d’un projet
• Composantes d’un projet
• Management de projet
• Logique de déroulement d’un projet

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• Les visages multiples de l'énergie
• L'énergie provenant du Soleil
• Notions sur les échanges de chaleur au niveau de la planète (atmosphère, océan)
• Les deux révolutions industrielles
• L'énergie au niveau mondial
• La situation énergétique actuelle
• Les énergies fossiles
• L'électricité : une énergie finale particulière
• Irruption d'une donnée nouvelle : l'impact sur notre environnement
• L'avenir : les enjeux
• Les énergies renouvelables
• Utilisation et gestion rationnelle de l'énergie
• L'énergie, grandeur physique particulière : éléments de thermodynamique et de transferts thermiques
  • Conservation de l'énergie : le premier principe de la thermodynamique
  • La dégradation de l'énergie : second principe de la thermodynamique
  • Conséquences : quelques éléments sur les machines thermiques (rendement de Carnot, pompes à chaleur)

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Description du cours et modalités pédagogiques :

• Géomagnétisme : Le champ magnétique terestre. Mesure de ses perturbations et lien avec les hétérogénéités du sous-sol.
• Méthodes électriques : cartographie de résistivité, sondages électriques, tomographie à 2 et 3D
• Études de cas et applications : estimation de porosité, fracturation et karstification, intrusions salines, suivi de pollution, vulnérabilité des aquifères...
• Atelier de terrain : étude multiméthodes d’une zone donnée

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• Météorologie générale : Thermodynamique de l’atmosphère et processus de changements d’état de l’eau ; stabilité verticale de l’air atmosphérique et application à la détection des nuages; le vent et la circulation atmosphérique ; bilan énergétique terre-atmosphère ; couche limite atmosphérique.
• Changements climatiques : Les facteurs de forçage à l’origine du changement climatique ; changements observés du système climatique ; la simulation du système climatique et les projections pour l’évolution future du climat de la terre.

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Sommaire du cours/TD :

• Traitement de la pollution particulaire : cyclones, laveurs Venturi, électrofiltres, filtres à manches
• Traitement de la pollution gazeuse divisé en deux catégories :
  • les procédés destructifs : incinération, photocatalyse, bioprocédés
  • les procédés récupératifs : absorption, adsorption

• Des projets de dimensionnement d’installation de traitement de fumées et/ou d’effluents gazeux pollués seront réalisés dans le cadre des travaux dirigés.

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Sommaire du cours :

• Les stratégies de gestion des déchets
• Les principales filières de recyclage/valorisation des matériaux
• Mise en ISD des déchets
• Aspects réglementaires et économiques
• Visites d’installations de traitement. – Conférences de professionnels du domaine des déchets
• Dimensionnement d’une unité d’incinération d’ordures ménagères (flux d’air, fumées produites, récupération d’énergie cogénération)
• Application de l'analyse de cycle de vie aux recyclages des matériaux

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Sommaire du cours :

• Les origines naturelles des polluants (bruit de fond géochimique) et les types de pollution (diffuse, ponctuelle, chronique, accidentelle, …).

Les propriétés des polluants vis-à-vis de leur transfert (volatilité, dégradabilité, solubilité, adsorption, complexation)

Les propriétés des sols et sédiments (entre autres leur capacité à résister à une agression chimique) ; capacités tampon acido-basique, oxydo-réduction.

• Caractérisation d’un site : outils méthodologiques
• Les différentes familles de méthodes de traitement :

Traitement physique par excavation, évacuation

Traitement physique par maintien en place (barrière physique ou hydrogéologique)

Traitement chimique

Traitement thermique

Traitement biologique (biorémédiation, landfarming)

Atténuation naturelle

• Plan de gestion : proposition des moyens de maîtrise des sources et des impacts pour remédier à une problématique donnée

Les évaluations sanitaires : vérification de la compatibilité par modélisation entre l'état des milieux (sol, air, eau) et de leurs usages actuels ou futurs

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Sommaire du cours/TD :

• La gestion de l’eau en France : politique de l’eau, les différents échelons de gestion et les différents acteurs
• Les eaux de ressource et leur protection
• Les eaux de consommation : exigences de qualité, distribution chez l’usager et suivi sanitaire
• Les procédés de potabilisation d’une eau : tamisage, oxydation chimique de l’eau brute, coagulation-floculation, sédimentation et flottation, filtration, adsorption sur charbon, reminéralisation, traitements spécifiques (déferrisation-démanganisation, procédés membranaires et dénitrification biologique), désinfection.
• Diagnostic, sécurisation et optimisation des systèmes de production et de distribution d’eau potable : schéma directeur d’eau potable, plan de gestion de la sécurité sanitaire des eaux
• Visite d’installations de traitement

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Sommaire du cours/TD :

• Problématique du traitement des eaux résiduaires :

Généralité et contexte

Calculs des débits et des charges

• Prétraitements : Dimensionnement
• Filières physicochimiques de traitement :

Les principales techniques pour le traitement des eaux usées urbaines (coagulation, floculation, sédimentation, flottation,)

Dimensionnement de décanteurs

• Filières biologiques :

Les différentes techniques à biomasse libre (boues activées, lagunage)

Dimensionnement d’une boue activée

Les différentes techniques à biomasse fixée (filtres bactériens, lits plantés de roseaux)

Dimensionnement de lits à macrophytes

• Traitement et valorisation des boues
• Dimensionnement d’une installation de traitement d’eaux usées complète (prétraitements, décantation primaire, BA, filière boues)
• Visites d’installations de traitement

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Sommaire des travaux pratiques :

• Suivi d’un pilote à boues activées : bilan de fonctionnement au niveau physico-chimique et biologique,
• Suivi de la dégradation d’une charge organique dans un réacteur biologique anaérobie (méthaniseur

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Sommaire des travaux pratiques :

• Elimination des MES par coagulation - floculation- sédimentation
• Etude de l’adsorption du phénol par charbon actif
• Traitement de l’azote réduit par oxydation et résine échangeuse d’ions

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Sommaire du cours/TD:

• Introduction générale sur la chimie de l'atmosphère et sur le changement planétaire de ses caractéristiques chimiques.
• Sources d’émissions naturelles, anthropiques. Processus d’émissions et de dépôts. Cadastres d’émission.
• Chimie stratosphérique en phase gazeuse, couche d'ozone, mécanisme de Chapman, cycles de destruction catalytique.
• Chimie troposphérique en phase gazeuse (production photochimique polluants secondaires) et aqueuse (acidité).
• Introduction sur les aérosols atmosphériques – lien aux sources naturelles et anthropiques
• Distribution granulométrique et processus d'évolution des populations d'aérosols dans l'atmosphère (sources- transport – puits).
• Composition chimique des aérosols et propriétés optiques – effets radiatifs – impacts climatiques.

Sommaire des TP :

• Combustion et qualité de l'air : savoir comparer les comportements des divers combustibles utilisés du point de vue de l'augmentation des polluants (rendements, facteurs d'émission).
• Etude de la qualité de l’air: savoir interpréter des cas de pollution en montagne, faire la part des phénomènes de production/destruction chimiques et des processus dynamiques.
• Sondage vertical de l'atmosphère : réaliser et analyser un radiosondage par ballon en le reliant à la situation météorologique du jour. Analyser les stabilités et instabilités des basses couches de l'atmosphère.

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Sommaire du cours :

• Notions fondamentales en droit de l’environnement et ICPE
• Le management environnemental en entreprise : principes généraux, présentation et mise en œuvre de la norme ISO 14001
• Présentation des métiers HSE : prévention et surveillance de la pollution atmosphérique, protection des milieux aquatiques, les déchets, prévention et surveillance des nuisances sonores et des vibrations.

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Cette unité enseignement est menée en étroite collaboration avec l’APESA, centre technologique au service de la transition écologique. Il est proposé aux étudiants, dans le cadre de ce module, de travailler en autonomie sur des sujets concrets de problématiques environnementales, un référent de l’APESA étant associé à chacun des sujets. Sur une période d’environ 3 mois (de mi-octobre à mi-janvier approximativement), les étudiants auront à :

• Rechercher les documents scientifiques sur la thématique traitée
• Rédiger un document technique de synthèse
• Restituer oralement le travail effectué

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Présentation du concept de cycles et des sources et puits de polluants, des cycles aquatiques et atmosphériques, des cycles continentaux et du transport colloïdal. Illustrations via des études de cas.

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Presentation of the concept of cycles and sources and sinks of pollutants, aquatic and atmospheric cycles, continental cycles and colloidal transport. Illustrations through case studies.

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1-En présentiel : management des processus

Cours

• Présentation d’une démarche de management qualité/environnementale (processus),
• Présentation simplifiée des référentiels associés,
• Présentation d’exemples illustratifs,
• Présentation d’outils d’analyse systémique, d’amélioration (audits, etc.)

TD

• TD par groupe : description complète d’une activité et de son pilotage, avec analyse des risques associés,
• Présentation aux autres groupes et discussion

2-En présentiel : analyse fonctionnelle et de la valeur

Cours

• Présentation d’une démarche d’analyse
• Présentation des référentiels associés,
• Présentation d’exemples illustratifs,

TD

• TD par groupe : mise en œuvre du processus d’analyse à travers un produit jusqu’aux solutions techniques de réponse aux fonctions identifiées,
• Présentation aux autres groupes et discussion

3-En présentiel, à chaque séance

• Questions / réponses par rapport au contenu des séances précédentes.

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Students will gain knowledge on environmental applications of microbial metabolism. It will be addressed by some examples of biodegradation and biotransformation of organic and metallic compounds, the application of the microbial metabolic capacities as an environmental tool, and bio-depollution and / or bioremediation tools. Students will design a project, based on a bibliographic study.

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1-En présentiel : management des processus

Cours

• Présentation d’une démarche de management qualité/environnementale (processus),
• Présentation simplifiée des référentiels associés,
• Présentation d’exemples illustratifs,
• Présentation d’outils d’analyse systémique, d’amélioration (audits, etc.)

TD

• TD par groupe : description complète d’une activité et de son pilotage, avec analyse des risques associés,
• Présentation aux autres groupes et discussion

2-En présentiel : analyse fonctionnelle et de la valeur

Cours

• Présentation d’une démarche d’analyse
• Présentation des référentiels associés,
• Présentation d’exemples illustratifs,

TD

• TD par groupe : mise en œuvre du processus d’analyse à travers un produit jusqu’aux solutions techniques de réponse aux fonctions identifiées,
• Présentation aux autres groupes et discussion

3-En présentiel, à chaque séance

• Questions / réponses par rapport au contenu des séances précédentes.

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Sommaire du cours :

• Notions fondamentales en droit de l’environnement et ICPE
• Le management environnemental en entreprise : principes généraux, présentation et mise en œuvre de la norme ISO 14001
• Présentation des métiers HSE : prévention et surveillance de la pollution atmosphérique, protection des milieux aquatiques, les déchets, prévention et surveillance des nuisances sonores et des vibrations.

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Sommaire du cours/TD :

• Traitement de la pollution particulaire : cyclones, laveurs Venturi, électrofiltres, filtres à manches
• Traitement de la pollution gazeuse divisé en deux catégories :
  • les procédés destructifs : incinération, photocatalyse, bioprocédés
  • les procédés récupératifs : absorption, adsorption

• Des projets de dimensionnement d’installation de traitement de fumées et/ou d’effluents gazeux pollués seront réalisés dans le cadre des travaux dirigés.

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Sommaire du cours :

• Les stratégies de gestion des déchets
• Les principales filières de recyclage/valorisation des matériaux
• Mise en ISD des déchets
• Aspects réglementaires et économiques
• Visites d’installations de traitement. – Conférences de professionnels du domaine des déchets
• Dimensionnement d’une unité d’incinération d’ordures ménagères (flux d’air, fumées produites, récupération d’énergie cogénération)
• Application de l'analyse de cycle de vie aux recyclages des matériaux

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Sommaire du cours/TD:

• Introduction générale sur la chimie de l'atmosphère et sur le changement planétaire de ses caractéristiques chimiques.
• Sources d’émissions naturelles, anthropiques. Processus d’émissions et de dépôts. Cadastres d’émission.
• Chimie stratosphérique en phase gazeuse, couche d'ozone, mécanisme de Chapman, cycles de destruction catalytique.
• Chimie troposphérique en phase gazeuse (production photochimique polluants secondaires) et aqueuse (acidité).
• Introduction sur les aérosols atmosphériques – lien aux sources naturelles et anthropiques
• Distribution granulométrique et processus d'évolution des populations d'aérosols dans l'atmosphère (sources- transport – puits).
• Composition chimique des aérosols et propriétés optiques – effets radiatifs – impacts climatiques.

Sommaire des TP :

• Combustion et qualité de l'air : savoir comparer les comportements des divers combustibles utilisés du point de vue de l'augmentation des polluants (rendements, facteurs d'émission).
• Etude de la qualité de l’air: savoir interpréter des cas de pollution en montagne, faire la part des phénomènes de production/destruction chimiques et des processus dynamiques.
• Sondage vertical de l'atmosphère : réaliser et analyser un radiosondage par ballon en le reliant à la situation météorologique du jour. Analyser les stabilités et instabilités des basses couches de l'atmosphère.