Applied hydro-biogeochemistry

Enseignants

Delmelle Pierre; Gerin Patrick (coordinateur(trice));

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Chimie minérale et analytique; Phénomènes de transfert; Pédologie; Thermodynamique et cinétique chimique; bases en biologie, biochimie, microbiologie.

Thèmes abordés

Le cours explore les facteurs et processus physico-chimiques et (micro)biologiques qui régissent le fonctionnement des (éco-)systèmes aquatiques et du sol, naturels ou anthropisés. Il décrit comment les principes de la thermodynamique et de la cinétique sont appliqués à ces systèmes pour comprendre leur état et leur évolution, notamment en tenant compte de la catalyse biologique. Le cours met l'accent sur la contextualisation des connaissances théoriques en analysant des problématiques environnementales concrètes (eaux eutrophisées, épuration d'eaux usées, polluants dans les sols,'). Les différents facteurs et processus physico-chimiques et (micro)biologiques intervenant dans ces systèmes sont présentés et analysés,,en dégageant la complexité de leurs interactions. Le cours vise ainsi à mettre en évidence les bases scientifiques nécessaires au développement de stratégies de gestion environnementale.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	a. Contribution de l'activité au référentiel AA (AA du programme) 1.1, 1.2, 1.4 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 3.1, 3.7 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 6.1, 6.2, 6.4, 6.5 8.5 b. Formulation spécifique pour cette activité des AA du programme  A la fin de cette activité, l'étudiant est capable de résoudre quantitativement un problème complexe concernant le fonctionnement et l'évolution d'écosystèmes aquatiques et du sol, naturels ou anthropisés, conditionnés par des interactions entre processus physiques, chimiques et biologiques. Plus spécifiquement, l'étudiant est capable de: - interpréter des données relatives aux caractéristiques d'un (éco)système "eau" ou "sol", naturel, pollué ou d'intérêt industriel; - identifier et expliquer les phénomènes de base (physiques, chimiques, biologiques, transferts, thermodynamiques) intervenant dans le fonctionnement de ce système; - proposer des stratégies pour maîtriser ces phénomènes dans une perspective de protection de l'environnement, de dépollution ou de production industrielle; - choisir les modèles stoechiométriques, thermodynamiques et cinétiques appropriés pour formaliser les processus-clés du problème en système d'équations; - utiliser ces modèles et les outils de simulation correspondants pour calculer l'évolution de grandeurs d'état (p. ex. concentrations, flux) caractérisant le système; - sur base de ses résultats et des données, prendre position par rapport à l'adéquation de la solution proposée; - identifier les processus non vus au cours et se documenter de manière autonome sur ces processus, de manière à pouvoir, dans un rapport, les expliquer et à expliquer leurs interactions avec les autres processus intervenant dans l'évolution des (éco)systèmes considérés.

Contenu

Cours magistral et exercices: - Rappel des concepts de base et approfondissements contextualisés: équilibres eau-gaz atmosphériques, acide-base, dissolution-complexation, oxydo-réduction (cycles d'électrons dans la biosphère, potentiel d'oxydo-réduction des eaux naturelles et des sols. - Caractérisation des eaux et sols: paramètres physico-chimiques et biotiques - Analyse du fonctionnement de systèmes environnementaux: pollution des écosystèmes aquatiques (profil de pollution, eutrophisation), processus à la base de l'épuration (épuration primaire, secondaire, tertiaire), dynamique de substances dans le profil pédologique (solutés non réactionnels, solutés réactionnels, complexes), chimie et biochimie de la rhizosphère et de la racine. Travail personnel (monitorat par les enseignants): Analyse d'un article scientifique portant sur le fonctionnement de systèmes aquatiques et du sol. Développement et approfondissement personnel d'un sujet original en lien avec le cours et avec l'article scientifique.
Ce cours vise à préparer les étudiants à des activités professionnelles impliquant l'analyse ou la gestion de milieux aquatiques ou sol. Il repose essentiellement sur la structuration et l'intégration des connaissances de base acquises en chimie, (micro)biologie et sciences de l'ingénieur au cours des années antérieures, et sur leur mise en 'uvre pour comprendre le fonctionnement du milieu naturel ou la mise au point de systèmes technologiques de remédiation du sol ou de traitement des eaux.

Méthodes d'enseignement

Cours magistral.
Résolution dirigée d'exercices, monitorats et accès aux correctifs.
Devoirs de groupes (répartis durant le quadrimestre) mettant en oeuvre les concepts et outils vus au cours, avec feed-back .

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

L'évaluation se basera sur:
- Cinq ou six devoirs de groupe à finaliser durant les semaines de cours. Un feedback formatif sera fourni sur chacun des devoirs; ceux-ci font partie intégrante de l’aide à l’apprentissage ;
 - Un examen individuel écrit (à livre ouvert) où l’étudiant·e devra (i) résoudre des problèmes à l'aide des outils pratiqués durant le cours, et (ii) interpréter ses résultats en mobilisant les concepts discutés au cours.
Pour la session de janvier 2021, l'examen se fera en distanciel.

Autres infos

Activité(s) faisant suite à l'activité proposée: Cours de traitement des effluents et du sol, Projet de sciences et technologies environnementales, mémoire.
Ce cours peut être donné en anglais.

Ressources
en ligne

Moodle
Autre: Périodiques scientifiques dans le domaine de l'eau et du sol, auxquels les bibliothèques de l'UCL sont abonnées

Bibliographie

Ouvrages de référence (facultatifs):
Werner Stumm, James J. Morgan. 1996. Aquatic Chemistry: chemical equilibria and rates in natural waters. 3rd Edition. Wiley-Interscience Publication, John Wiley and Son Inc. ISBN 0-471-51184-6, ISBN 0-471
ou
Laura Sigg, Werner Stumm, Philippe Behra. 1994. Chimie des milieux aquatiques: chimie des eaux naturelles et des interfaces dans l'environnement. 2d edition. Masson. ISBN 2-225-84498-4.

Faculté ou entité
en charge

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