Tesis sobre el tema "Flux annuel des polluants"

La production mondiale de déchets augmente d’une façon rapide, elle engendre une source de menace pour les organismes vivants, la santé humaine et l’environnement. Dans les pays du tiers monde comme le Liban, la majorité des déchets produits sont éliminées dans des décharges mal contrôlées. Les déchets sont soumis à des processus de dégradation aboutissant à la libération de nombreuses substances toxiques principalement les lixiviats, chargés en polluants, ils constituent une source importante de la pollution de l’environnement. Au Liban les déchets sont éliminés dans des décharges non contrôlées sans aucun tri préalable. La décharge de Tripoli est l'une des plus grandes au Liban, ses lixiviats sont rejetés dans l’environnement aquatique sans aucun traitement. Notre travail de recherche a pour objectif d’étudier les caractéristiques physico-chimiques ; la variation temporelle et saisonnière de la qualité des lixiviats issue de la décharge, et l’estimer le risque sur la zone d’étude. Afin de répondre à ces objectives plusieurs campagnes d’échantillonnages ont été effectuées couvrant les périodes estivales et hivernales, ainsi que les cellules anciennes et nouvelles du corps de la décharge. La variation des 100 paramètres de qualité des lixiviats à savoir des composants organiques dissous; des macros polluants inorganiques; des éléments traces métalliques et des composés organiques xénobiotiques ont été suivis. Les analyses de la qualité des lixiviats ont montré une grande variation entre les deux unités de la décharge. La teneur de la majorité des polluants (organiques et minéraux) détectés dans la nouvelle unité de décharge est beaucoup plus importante à celle trouvée dans l'ancienne unité. Cela indique l'état hétérogène du corps de la décharge et l’influence de l’âge sur la qualité des lixiviats. La quantité et la qualité du lixiviat sont fortement corrélées aux conditions climatiques et cela dépend du polluant étudié, ce qui reflète la complexité d’effet saisonnier sur la qualité du lixiviat de la décharge de Tripoli. Des valeurs élevées des LPI (indice de pollution par le lixiviat) et du flux annuel des polluants (organiques et minéraux) ont été trouvées, ce qui montre la toxicité élevée des lixiviats ainsi que la pollution occasionnelle des différents compartiments de l’environnement aquatique voisin (Fleuve Abou Ali et Mer Méditerranée).Les résultats obtenus dans cette étude donnent une image claire sur la qualité de lixiviat de la décharge, ils serviront à la mise en place des actions correctives et préventives de la situation dangereuse de la décharge et à attirer l’attention des responsables locaux et nationaux pour limiter le danger et de se diriger vers une bonne gestion des lixiviats rejetés par la mise en place d’un système de traitement spécifique des lixiviats
The global production of waste is increasing rapidly, posing a source of threat to living beings, human health and the environment. Most of the waste produced is disposed of in poorly controlled landfills, especially in third world countries such as Lebanon. The waste is subjected to degradation processes resulting in the release of many toxic substances mainly leachate which is loaded with pollutants constituting a major source of environmental pollution. In Lebanon, waste is disposed of in uncontrolled landfills without any prior sorting. The Tripoli landfill is one of the most dangerous landfills in Lebanon due to the disposal of leachate in the aquatic environment without any treatment.Our research work aims to study the physico-chemical characteristics; the temporal and seasonal variation in the quality of the leachate from the Tripoli landfill in northern Lebanon, and the estimation of the probable risk of leachate in the study area. In order to meet these objectives, several sampling campaigns were carried out covering the summer and winter periods, as well as the old and new cells of the body of the landfill. The variation of the 100 leachate quality parameters, namely dissolved organic components; inorganic macro-components; metallic trace elements; and xenobiotic organic compounds were monitored according to standard methods of wastewater analysis using specific laboratory equipment. Analyzes of the leachate quality showed a large variation between the two-landfill units. The content of the majority of pollutants (organic and mineral) detected in the new landfill unit is much higher than that found in the old unit. This indicates the heterogeneous state of the landfill body and the influence of age on the quality of the leachate. The quantity and quality of the leachate is strongly correlated with climatic conditions and it depends on the pollutant studied, reflecting the complexity of the seasonal effect on the quality of the leachate from the Tripoli landfill. High values of LPI (Leachate Pollution Index) and leachate pH were found which show the age of the Tripoli landfill. High values of LPI and the annual flow of pollutants (organic and mineral) were found, which shows the high toxicity of the leachate as well as the occasional pollution of the different behaviors of the neighboring aquatic environment (Abou Ali River and Mediterranean Sea).The results obtained in this study give a clear picture of the leachate quality of the Tripoli landfill; which will be used to set corrective and preventive actions for the hazardous situation of the landfill, and to attract the attention of local and national managers to limit the danger and move towards a good management of leachate rejected by the establishment of a specific treatment system of leachate

Cette thèse s'est intéressée aux processus hydrodynamiques dans une baie semi-fermée telle que la Rade d Toulon et leurs importances pour la dispersion de contaminants dissous. Pour cette étude, une configuration à très haute résolution (100 m de résolution spatiale) nommée TBAY100, basée sur le modèle de circulation océanique MITgcm a été mise en place. Un emboîtement multi-modèle a été effectué pour arriver à une telle résolution, en partant d'une configuration NEMO-GLAZUR64 à 1.3 km de la Méditerranée Nord-Occidentale puis NEMO-NIDOR à 400 m du littoral Varois pour forcer correctement les frontières de TBAY100. Dans un premier temps, une analyse mathématique a permis de quantifier les échanges d'énergie pour un système simplifié pour ensuite étendre cette réflexion à la Rade de Toulon et mieux comprendre les échanges aux frontières ouvertes du domaine. Cette configuration a été ensuite validée avec diverses observations dont des données d'ADCP et des trajectoires de flotteurs qéolocalisables dérivants. Des schémas de circulation typiques dépendant des conditions hydrodynamiques et météorologiques ont été dégagés. Dans un deuxième temps, nos recherches se sont portées sur les processus de distribution de polluants en s'appuyant sur des prélèvements chimiques, principalement le cuivre relargué par les peintures-antifouling. Les hypothèses de contamination (sources et taux) ont fait l'objet d'un travail collaboratif avec une équipe de chimie. Le transport des contaminants a été analysé à l'aide de traceurs passifs implémentés dans TBAY100 et a abouti à 4 schémas de dispersion de polluants indiquant un export soit vers le Courant Nord, soit vers le Parc National Marin de Port-Cros, ainsi qu'une rétention des polluants dans la Grande Rade de Toulon. Cette maquette pourra avoir d'autres applications sociétales importantes puisqu'elle peut servir d'outil de prédiction de courants et de dispersion de contaminant dans la Rade de Toulon
This doctoral research aim was to study hydrodynamic processes in a semi-enclosed bay such as the Toulon bay and their importance for the dispersion of dissolved contaminants. For this study, a YfilY high resolution (100 m spatial resolution) configuration named TBAY100, based on the MITgcm ocean circulation model, was implemented. A multi-model nesting was carried out ta work at such a resolution, starting from a 1.3 km NEMO-GLAZUR64 configuration of the North-Western Mediterranean then a 400 m NEMO-NIDOR configuration of the Var coastline ta correctly force the TBAY100 boundaries. Firstly, a mathematical analysis aimed to guantify energy exchanges for a simplified system then this analysis has been extended ta the Toulon bay to better understand the exchanges at the domain open boundaries. This configuration was then validated with various observations inoludin ADCP data and driftin eolocalisable

Les débitmètres sont des technologies connues et fortement répandues mais pas exemptes d'erreurs, dont les causes peuvent être assez variées. Ces capteurs installés dans les systèmes d'assainissement ne sont de plus pas rigoureusement étalonnables in situ. Une méthode de vérification in situ des débitmètres, utilisable pour des pseudos étalonnages, est présentée. En effet, l'injection ponctuelle d'un traceur dans un écoulement permet de calculer le débit et son incertitude d'une manière indépendante des sondes en place. Cette méthodologie, en sept étapes, offre des résultats comparables à ceux fournis par des méthodes considérées comme des références (traçages aux sels et débitmètre électromagnétique). Des premiers essais en réseaux unitaires ont été réalisés pour la vérification de débitmètres (le long d'un collecteur du Grand Lyon) et pour le calage de courbes de tarages (sur le Syndicat Intercommunal d'Assainissement Grand Projet). Pour les mesures qualitatives des effluents, de nombreuses études antérieures ont montrées de bonnes corrélations entre les concentrations en polluants et les signaux fournis par des turbidimètres et des spectromètres UV/visible. Un pilote expérimental et des campagnes d'échantillonnages sur des effluents prétraités de la station d'épuration de Fontaines sur Saône ont été mis en place pour répondre aux objectifs suivants : i) concevoir et tester un site de mesure de nouvelle génération, ii) chercher des modèles de régressions entres différents capteurs (turbidimètres mono et bi-longueur(s) d'onde(s), conductimètre, pHmètre, spectromètre UV/visible, capteurs à micro-ondes) et les concentrations en polluants pour les échantillons de temps sec, de temps de pluie et la totalité, iii) caractériser la performance de ces modèles et iv) tester la robustesse des méthodes proposées sous des conditions atypiques mais susceptibles d'être rencontrées en réseau d'assainissement. Les résultats confirment les bonnes corrélations entre certains paramètres (turbidité, conductivité et spectre UV/visible) et les concentrations en polluants. Aucun capteur n'est le plus performant pour l'ensemble des polluants. La majorité des capteurs délivrent des estimations comparables aux incertitudes près mais ces estimations sont peu voire pas redondantes aux analyses effectuées sur les échantillons. La conception du banc (et les variations des matrices des eaux usées) et/ou les conditions expérimentales lors des tests de robustesse sont peut être en cause.

L'etude presentee dans ce memoire, entre dans le cadre du programme europeen marine science and technology (mast) et plus precisement dans l'operation fluxmanche dont l'objet principal est l'evaluation des apports de la manche a la mer du nord. La finalite de notre travail consiste a calculer le flux de metaux dissous et associes aux particules transitant par le detroit du pas de calais. Ces flux ont pu etre etablis grace a la mise au point de techniques analytiques adaptees, grace a une etude prealable de la distribution dans le temps et dans l'espace des concentrations metalliques et grace a l'utilisation de modeles mathematiques de deplacements des masses d'eau (ifremer brest, universite de southampton). Les flux annuels (en tonnes par an) pour les metaux dissous et particulaires ont ete calcules. On constate que les flux metalliques d'un automne a l'autre sont globalement comparables. Le cuivre et le cadmium sont majoritairement sous forme dissoute alors que le manganese, le zinc et le plomb sont majoritairement sous forme particulaire. Les metaux transitent principalement par le centre du detroit. Pour affiner notre etude d'impact des metaux lourds sur le milieu marin, nous nous sommes interesses aux contaminants lies a la phase carbonatee. Ces metaux sont en general qualifies de mobilisables ou disponibles en raison des equilibres reversibles existant entre la phase carbonatee et l'eau de mer. L'etude des variations des coefficients de distribution permet d'interpreter en periode de bloom phytoplanctonique, l'augmentation des teneurs metalliques dissoutes observees. Nous avons pu mettre en evidence la presence de deux sortes de calcite, l'une fossile et l'autre detritique recente a aire specifique et proprietes adsorbantes plus elevees. Les carbonates contenus dans les particules en suspension jouent un role fondamental dans le devenir des metaux en raison des phenomenes d'echanges reversibles dont ils sont le siege. La phase carbonatee est un vecteur important pour les contaminants metalliques.

Afin de répondre aux objectifs de la directive cadre sur l'eau (DCE 2000/60/CE) fixés par la réglementation européenne, la majorité des études se sont concentrées sur l'évaluation de la qualité des rejets industriels, des eaux usées traitées...Rares sont les études réalisées sur les eaux pluviales. Ces dernières peuvent être rejetées sans traitement dans les cours d'eau et donc avoir un impact sur l'écosystème aquatique. Ainsi, ce travail s'est intéressé, sur des bassins versant urbanisés ayant un gradient d'urbanisation allant du pavillonnaire à l'urbain dense, à la pollution des eaux pluviales puis une comparaison avec les eaux usées a été entreprise. Cette évaluation s'est traduite par la mise en place d'une liste de 88 polluants urbains à suivre dans le cadre de l'évaluation de la qualité des eaux urbaines. Puis, une méthodologie d'analyse, nommée « screening » a été développée. Elle permet une mesure des polluants urbains sous les formes particulaire et dissoute. Une notion souvent absente dans la littérature mais d'une grande importance pour les gestionnaires des réseaux d'assainissement et des stations d'épuration et de dépollution des eaux pluviales. Ce travail a ainsi permis : - La caractérisation fine de la pollution des différents types de matrices urbaines (eaux usées de temps sec de réseaux unitaire et séparatif (n=8), eaux pluviales du réseau séparatif (n=20), dépôts du réseau unitaire (n=2) et retombées atmosphériques (n=5), en termes d'occurrence, de répartition de la pollution entre les phases dissoute et particulaire, de teneurs (mg/kg.ms), de concentrations totales (Rg/L) et de flux (g/ha actif) des 88 polluants urbains ; - La comparaison de la pollution des eaux pluviales à l'exutoire de bassins versants d'occupation du sol différente ; - L'évaluation à l'échelle d'un bassin versant pavillonnaire de la contribution des retombées atmosphériques à la pollution des eaux pluviales ; - L'estimation de la dangerosité des eaux pluviales à l'aide d'une approche simplifiée d'évaluation de leur impact sur le milieu récepteur avec ou sans traitement de la phase particulaire par les stations de dépollution des eaux pluviales ; - La comparaison novatrice, sur un même échantillon, des méthodes d'analyse « standard » (conduite sur la phase totale, soit l'échantillon brut) avec notre méthode dite « screening », appliquées sur les phases dissoute et particulaire, pour 88 polluants dans un laboratoire accrédité COFRAC. Les résultats mettent en évidence la problématique de la pollution des eaux urbaines par 66 substances chimiques sur les 88 recherchées. Les eaux pluviales strictes sont contaminées par 12 substances prioritaires, 8 substances dangereuses prioritaires de la DCE et 35 polluants urbains plus spécifiques. La pollution est essentiellement particulaire pour les HAP, les PCB, les organoétains, les métaux alors qu'elle est mieux répartie entre les deux phases pour les phtalates, les pesticides et les alkylphénols. Le ruissellement est le principal contributeur de cette pollution à l'exutoire des bassins versants pluviaux. Les polluants générés par le milieu urbain sont comparables indépendamment de l'occupation du sol exceptés pour les pesticides sur le site pavillonnaire et les COV sur le site urbain dense, plus abondants. Le rejet direct des eaux pluviales nécessite, pour certaines substances, une dilution de 10 à 1000 par le milieu récepteur pour respecter les normes de qualité environnementale. Pour les eaux usées, les polluants sont, en majorité, véhiculés sous les deux formes dissoute et particulaire à l'exception des PCB qui sont à 100 % particulaires. Enfin, l'analyse de ces polluants sur l'échantillon brut (MES de 71 à 380 mg/L) sousestime fortement les concentrations des substances dans les eaux avec une prise en compte médiocre de la fraction particulaire de la pollution.

Faced with the demand of limiting the energy consumption, indoor air recycling has become an important matter. But the negative side of air recycling, pollutant accumulation and risk of inter contamination, requires an air treatment. Among available process for volatile organic compounds (VOCs), one pairing adsorption onto activated carbon and UV photocatalysis is proposed. We focus on the unknown aspect of this process, the combined influence of temperature and humidity. Our objectives are: to apprehend the treatment during operational changes and fluctuations of conditions; and to optimize a simulation program which can assist the conception phase of an industrial treatment unit
Faced with the demand of limiting the energy consumption, indoor air recycling has become an important matter. But the negative side of air recycling, pollutant accumulation and risk of inter contamination, requires an air treatment. Among available process for volatile organic compounds (VOCs), one pairing adsorption onto activated carbon and UV photocatalysis is proposed. We focus on the unknown aspect of this process, the combined influence of temperature and humidity. Our objectives are: to apprehend the treatment during operational changes and fluctuations of conditions; and to optimize a simulation program which can assist the conception phase of an industrial treatment unit

Les mesures permanentes en réseau d'assainissement se développent, mais des problèmes de conception des points de mesure et d'interprétation des données qui en sont issues restent non résolus. Une difficulté concerne l'échantillonnage spatial de la section transversale d'un écoulement : les capteurs de vitesses et préleveurs n'échantillonnent qu'une partie d'une section et cela se répercute sur la précision des mesures des flux polluants. On a donc cherché à appréhender la répartition des vitesses et des concentrations dans une section soumise à des sollicitations hydrauliques connues, pour vérifier la représentativité des capteurs qui peuvent y être implantés. Un protocole permettant de qualifier des sections de mesure, et de définir le traitement à appliquer aux mesures brutes pour mieux estimer les mesurandes est proposé. Ce protocole est basé sur l'utilisation d'un code de calcul, paramétré à partir des résultats relevés sur le terrain, réalisés à l'aide de matériels spécifiques.

Les rejets urbains de temps de pluie (RUTP) constituent un vecteur significatif de polluants vers les aquifères souterrains et de surface. Au delà des polluants classiques (MES, DCO, etc. ) déjà largement étudiés depuis plusieurs décennies, d’autres polluants considérés comme dangereux dont les polluants prioritaires de la Directive Cadre Européenne sur l’Eau (DCE 2000/60/CE) sont de plus en plus souvent mesurés dans les RUTP. Leurs concentrations et leur dynamique sont encore assez mal connues. L’atteinte des objectifs de la DCE nécessite l’évaluation et la réduction des RUTP. La mesure systématique des RUTP n’est pas possible à ce jour en raison des difficultés techniques et des coûts élevés des campagnes d’échantillonnage et d’analyses chimiques. Il est donc nécessaire de disposer des modèles performants, établis à partir des données expérimentales, pour la prédiction des flux polluants des RUTP. En tant que partie du projet ESPRIT dont l’objective est de contribuer à l’identification, l’évaluation et la caractérisation des 41 polluants prioritaires de la DCE transportés par les RUTP, les objectifs de notre étude consiste à : i) quantifier les flux polluants des RUTP à l’échelle événementielle, ii) constituer une base de données de connaissances de ces polluants et iii) établir des modèles (statistiques, empiriques et conceptuels) prédictifs de concentrations moyennes événementielles EMCs et de flux événementiels EFs. Des outils simples sont proposés pour la mesure et la modélisation des flux polluants des RUTP dans un cadre opérationnel. Une première stratégie d’évaluation de l’impact et de la contribution des RUTP sur un cours d’eau est proposée. MES, DCO, 25 métaux et la plupart des polluants organiques prioritaires ont été mesurés séparément dans les fractions dissoutes et particulaires d’une centaine de types d’échantillons différents à Chassieu (zone industrielle, réseau séparatif) et Ecully (zone résidentielle, réseau unitaire) : les retombées atmosphériques sèches, les eaux météoriques, les rejets de temps sec et les RUTP. Différents modèles de régression, un modèle empirique et trois modèles conceptuels ont été évalués avec trois algorithmes de calage différents pour la prédiction des EMCs et EFs de chaque polluant. Les résultats montrent que ces polluants sont présents dans ces différents échantillons et que leurs flux dans les fractions dissoute et particulaire sont très variables suivant le site et l’événement pluvieux. Des modèles performants ont été obtenus pour la plupart des polluants étudiés. Cependant, il apparaît que les performances des modèles de EFs sont plus élevées que celles des modèles de EMCs. Les modèles de régression varient suivant le site et le polluant
Urban stormwater constitutes a significant vector of pollutants towards groundwater and surface water. Beyond the traditional pollutants (TSS, COD, etc. ) already largely studied over several decades, other pollutants considered as dangerous as the priority pollutants of the European Water Framework Directive (WFD, 2000/60/CE) are often regularly measured in urban stormwater. Neither their mean concentrations nor their pathways are rather well understood. The success of the WFD requires the evaluation and the reduction of stormwater pollutants. Due to the technical difficulties and the associated costs of sampling and chemical analysis, a systematic measurement of stormwater seems practically impossible. Thus, it is necessary to obtain suitable models established with experimental data for the prediction of stormwater pollutant loads. As a part of the ESPRIT collaborative project which aims to contribute to the identification, evaluation and characterisation of the 41 WFD priority pollutants transported by stormwater, the objectives of our study are i) to quantify at the event scale the stormwater pollutant loads ii) to constitute a first database of the knowledge of these pollutants and iii) to develop predictive models (statistical, empirical and conceptual) of the pollutant event mean concentrations EMCs and event fluxes EFs. Simple tools are proposed to contribute to the measurement and modelling of stormwater pollutants loads in practice. Moreover, a first strategy is proposed for the evaluation of both the impact and the contribution of the stormwater on receiving waters. TSS, COD, 25 metals and most of the organic priority pollutants are been measured separately in both the dissolved and particulate fractions of approximately one hundred different samples collected in Chassieu (industrial area, separate sewer) and Ecully (residential area, combined sewer), made up of four sample types: dry atmospheric depositions, rainwater, wastewater and stormwater. Different regression models, one empirical model and three conceptual models for the prediction of EMCs and EFs of every pollutant have been evaluated using three different calibration algorithms. The results show that these pollutants are present in the different samples and that their fluxes in the dissolved and particulate and total fractions vary more or less strongly according to both the site and the rain event. Satisfactory models have been obtained for the prediction of EMCs and EFs of most of the studied pollutants. However, it appears that the performances of EFs models are higher than that of EMCs models. Regression models vary according to both the pollutant and the site

Ce travail de thèse se propose d'analyser et d'évaluer les modèles de calcul des flux polluants (MCFP) des rejets urbains par temps de pluie. Pour cela, un banc d'essai a été établi qui repose sur l'utilisation d'une méthodologie basée sur la théorie bayésienne. Ce banc d'essai a été utilisé à des différentes échelles d'espace tout au long du cheminement de l'eau de ruissellement depuis les chaussées jusqu'à l'exutoire du réseau d'assainissement sur le site du bassin versant expérimental du Marais à Paris. Cette méthodologie du banc d'essai utilise une technique de simulation par chaîne de Markov (algorithme Metropolis) pour estimer la distribution de probabilité a posteriori des paramètres du modèle, ce qui permet : - Une évaluation quantitative des incertitudes liées à l'estimation des paramètres ainsi que leurs interactions ; - Une estimation quantitative du niveau d'incertitude dans les résultats d'application de ces modèles ; - Une estimation du pouvoir prédictif du modèle. A l'échelle locale, des modèles d'accumulation, d'entraînement des solides sur les surfaces urbaines, et des modèles d'érosion des solides dans les réseaux d'assainissement ont été testés et analysés. A l'échelle du bassin versant le couplage des modèles élémentaires tel qu'ils sont utilisés dans les logiciels actuels, a pu être évalué. La méthodologie de mise en œuvre a produit des résultats fiables en particulier des distributions de paramètres des modèles qui aident à l'analyse mathématique et à l'interprétation des modèles couramment utilisés. Elle a démontré l'existence de larges incertitudes liées à l'utilisation des MCFP à l'échelle de bassin versant. Ces modèles n'expliquent qu'une faible partie de la variation de la concentration des MES entre 2 événements pluvieux ou à l'intérieur d'un même événement sur le site étudié.

Ce travail a pour but de rechercher les principales causes de la variabilite temporelle des flux atmospheriques des elements: pb, cu, al, si, fe, mn en mediterranee occidentale. Cet objectif est mene a partir d'un echantillonnage en continu sur un site cotier en corse pendant une periode de trois ans. Les concentrations atmospheriques des elements etudies resultent d'un transport de particules d'aerosol a partir de sources continentales. Les precipitations intervenant au cours du transport des masses d'air echantillonnees generent un cycle saisonnier des concentrations atmospheriques des elements. Ce cycle est caracterise par des valeurs elevees de concentrations atmospheriques pendant l'ete mediterraneen. Les episodes pulses et sporadiques de transport de poussieres sahariennes sont responsables de brusques augmentations des concentrations atmospheriques des elements qui ont en totalite (al, si, fe) ou en grande partie (mn) une origine crustale. Cette etude montre que le depot des elements a la surface de la mer s'effectue principalement par voie humide. La frequence des precipitations est le facteur principal controlant le cycle saisonnier des flux atmospheriques des polluants comme pb et cu. Les episodes de transport de poussieres sahariennes sont responsables de valeurs maximales des flux atmospheriques d'al, si, fe et mn. 70% des quantites totales en al, si et fe mesurees pendant une periode de 3 ans resultent de ces episodes

Cette étude porte sur la réalisation de biocapteurs et la mise au point d'un système d'analyse par injection en flux continu (FIA). Ces systèmes sont destinés au dosage de composés polluants présents dans l'eau, notamment de pesticides organophosphorés et de carbamates. Ces biocapteurs associent une électrode de pH et une membrane enzymatique. Différentes techniques d'immobilisation des cholinestérases (acétylcholinestérase et butyrylcholinestérase) sur des membranes polyamide pré-activées, par piégeage dans un gel polymère et sur des membranes en toile de Nylon™ sont d'abord présentées. Ensuite, l'optimisation des conditions opératoires et la comparaison de leurs performances sont examinées. Des capteurs enzymatiques à réponse rapide, pour le dosage de substrat, sont réalisés grâce à une nouvelle technique d'immobilisation d'enzyme sur électrode de verre (Brevet français F-9011630, 1990). L'innovation de cette technique réside dans le dépôt par vaporisation d'un agent réticulant sur l'extrémité sensible de l'électrode de verre. Une simulation mathématique de la réponse de ces biocapteurs permet d'apprécier les quantités d'enzyme immobilisées. Un système FIA basé sur l'inhibition de l'acétylcholinestérase immobilisée au sein d'un réacteur tubulaire à une rangée de billes, est mis au point pour le dosage des organophosphates et des carbamates. Plusieurs paramètres opératoires sont d'abord optimisés. Ce système est ensuite appliqué au dosage d'insecticides contaminant accidentellement l'eau de mer. La réactivation, dans le réacteur, de l'enzyme inhibée permet sa réutilisation de nombreuses fois.

Les aérosols sont les principaux vecteurs des polluants dans l'atmosphère, et sont au coeur de nombreuses études en raison des effets qu'ils peuvent avoir sur la santé humaine et l'environnement. Ces aérosols et polluants associés vont par la suite quitter le compartiment atmosphérique soit par dépôt, soit par transformation lors de réactions chimiques. Une fois déposés, les polluants vont contribuer à la pollution des eaux par des processus de lessivage sur les surfaces. En milieu urbain, la problématique de pollution des eaux de ruissellement et de l'impact sur les milieux aquatiques est étudiée depuis plusieurs décennies. L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'estimation de la contribution du dépôt atmosphérique à la pollution globale d'un petit bassin versant urbain nantais (Pin Sec). A cette fin, une méthode innovante de mesure du dépôt sec atmosphérique est utilisée ; elle prend en compte les différentes surfaces urbaines (tuiles, bitume, enduits de façade etc.) et repose sur l'utilisation d'un traceur naturel des aérosols, le Béryllium 7. Les micropolluants (métaux, pesticides et HAP) ont été caractérisés pendant une durée d'un an. Le suivi a montré que ce bassin est faiblement pollué et que les pratiques d'utilisation des pesticides ont fortement diminué. Nous avons également montré la grande influence de la nature des surfaces sur le flux de dépôt sec. De plus, il s'avère que les flux calculés par cette méthode innovante sont nettement inférieurs à ceux généralement rapportés dans la littérature. La contribution du dépôt sec métallique est particulier beaucoup plus faible (Zn : 30%, Cu : 52%, Pb :73% en moyenne annuelle).

Cette étude porte sur la réalisation de biocapteurs et la mise au point d'un système d'analyse par injection en flux continu (FIA). Ces systèmes sont destinés au dosage de composés polluants présents dans l'eau, notamment de pesticides organophosphores et de carbamates. Ces biocapteurs associent une électrode de pH et une membrane enzymatique. Différentes techniques d'immobilisation des cholinesterases (acétylcholinestérase et butyrylcholinestérase) sur des membranes polyamide pré-activées, par piégeage dans un gel polymère et sur des membranes en toile de nylonTM sont d'abord présentées. Ensuite, l'optimisation des conditions opératoires et la comparaison de leurs performances sont examinées. Des capteurs enzymatiques à réponse rapide, pour le dosage de substrat, sont réalisés grâce à une nouvelle technique d'immobilisation d'enzyme sur électrode de verre (brevet français F-9011630, 1990). La nouveauté de cette technique réside dans le dépôt d'un agent réticulant vaporisé sur l'extrémité sensible de l'électrode de verre. Une simulation mathématique de la réponse de ces biocapteurs permet d'apprécier les quantités d'enzyme immobilisées. Un système FIA basé sur l'inhibition de l'acetylcholinestérase immobilisée au sein d'un réacteur tubulaire à rangée de billes, est mis au point pour le dosage des organophosphates et des carbamates. Plusieurs paramètres opératoires sont d'abord optimisés. Ce système est ensuite appliqué au dosage d'insecticides contaminant accidentellement l'eau de mer. La réactivation de l'enzyme inhibée dans le réacteur, permet sa réutilisation de nombreuses fois.

L'utilisation du charbon, dans les pays développés, a augmenté de quelques 3% par an et cela risque d'intensifier les problèmes liés a la pollution. En effet, lors de la combustion de charbon, il y a formation de différents polluants responsables entre autre de l'effet de serre et des pluies acides. Les objectifs de ce travail étaient : la réalisation d'un montage expérimental permettant une vitesse rapide de montée en température de grains de charbon supérieurs à 1 mm ; de mesurer les caractéristiques de combustion : a) de grains de charbon : délais d'inflammation ; durées de flamme ; durées et température de combustion hétérogène b) de gouttelettes de mélanges charbon – eau : durées et températures d'évaporation d'eau ; durées et températures de combustion hétérogène. Dans le cas de grains de charbon supérieurs à 1 mm, nous avons constaté le changement d'un régime homogène vers un régime hétérogène de l'inflammation. Dans nos conditions opératoires, la combustion hétérogènes se fait suivant un processus de régime polluants : a) formation de suies ou de goudrons ; b) émissions d'hydrocarbures imbrûlés ; émissions d'oxydes de carbone ; émissions d'oxydes de soufre ; émissions d'oxydes d'azote. Différentes conditions opératoires ont été utilisées : variations de la concentration en oxygène, du type de charbon, de la puissance et de la granulométrie

L'objectif de ce travail de thèse est de démontrer qu'il est possible d'utiliser des mesures en continu de turbidité pour suivre la pollution particulaire dans les réseaux d'assainissement et d'évaluer l'apport de ces mesures pour la gestion des réseaux en temps réel ou en temps différé. Dans une première partie, la mise en oeuvre de la mesure en continu de turbidité est décrite. Les éléments principaux contribuant à l'incertitude sont identifiés et des méthodes de calcul des incertitudes adaptées sont proposées. Les questions de fiabilité et de représentativité de la mesure de turbidité sont traitées et aboutissent à des solutions d'installation des sondes in situ et à des protocoles de suivi et de maintenance. Enfin, les perturbations affectant le signal sont quantifiées et des méthodes de filtrage sont comparées. La deuxième partie est consacrée à l'analyse du comportement de la turbidité à partir des données acquises sur deux sites du réseau unitaire parisien en 2006. 80 événements pluvieux sont décrits par leurs concentrations moyennes et maximales et par leurs courbes de distribution masse/volume. Ces critères ont été intégrés dans des typologies qui ont ensuite été mises en relation avec des paramètres de débit et de durée de temps sec ayant précédé l'événement. Cette analyse permet de caractériser la variabilité de façon détaillée. La variabilité de la décantabilité des particules a été également étudiée à partir de données provenant de bassins de décantation. Enfin, deux applications sont proposées. La première est une évaluation en temps différé de flux de polluants. Deux modes d'exploitation de prélèvements d'échantillons réalisés sur un nombre fixé d'événements pluvieux sont comparés. L'un n'utilise que les résultats d'analyses des échantillons au laboratoire pour établir une concentration moyenne. L'autre utilise les prélèvements pour établir des relations entre turbidité et paramètres polluants, ensuite appliquées à des mesures en continu de turbidité. Une seconde série d'applications porte sur l'utilisation de la turbidité pour la gestion en temps réel des flux. Deux configurations-types génériques ont été étudiées. Pour chacune, une stratégie utilisant seulement le débit est comparée à une stratégie utilisant turbidité et débit. Les simulations sont effectuées pour de larges gammes de paramétrage des configurations et avec des données réelles de débit et de turbidité en entrée du système. Pour les applications d'évaluation de flux comme de gestion en temps réel, le gain apporté par la turbidité est chiffré et s'avère significatif

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des phénomènes de dispersion des polluants de l'air à l'intérieur de la canopée urbaine. Il se situe à l'échelle locale et propose une réponse partielle à l'étude des écoulements et de la dispersion d'un scalaire passif au voisinage d'un obstacle. Une présentation non exhaustive des différents paramètres à l'origine de la pollution de l'air dans les cités met en évidence les types de sources rencontrées, les réactions chimiques éventuelles ainsi que leurs interactions possibles avec les écoulements turbulents de l'atmosphère. Une approche classique est celle à l'échelle méso (régionale) où la ville est considérée dans sa globalité. Une autre approche est celle de la microéchelle (locale), c'est l'échelle de la rue et d'un immeuble par exemple où les sources et les géométries des bâtis sont pris en compte explicitement. L'étude de l'échelle locale permet d'appréhender les mécanismes de base à l'origine de la dispersion et du transport de polluants. C'est l'approche adoptée dans ce travail. L'étude est expérimentale et doit permettre de déterminer entre autre les flux de masse turbulents indispensables pour fixer des conditions limites lors de modélisation à l'échelle méso. L'étude des flux de masse est également nécessaire afin de déterminer des modèles possibles permettant la fermeture des équations d'évolution des quantités moyennes toujours à des fins de modélisations à l'échelle méso. On étudie ainsi expérimentalement un cas physique simplifié : écoulements turbulents stationnaires en moyenne et approche bidimensionnelle (géométriquement et statistiquement pour les variables turbulentes). L'écoulement incident est constitué d'une couche limite turbulente se développant sur plaque plane lisse. L'obstacle est bidimensionnel et de section carrée disposé perpendiculairement à l'écoulement incident. Enfin une source linéique au sol de scalaire passif est placée parallèlement à l'aval de l'obstacle à l'intérieur de la zone de recirculation. Les expériences ont été réalisées dans deux milieux fluides différents, dans un canal hydraulique et dans une soufflerie aérodynamique. Les mesures font appel à des techniques de visualisation et de traitements et analyses d'images. Elles permettent d'obtenir une vue globale des champs cinématiques et de concentration dans un plan. Ainsi les vitesses peuvent être déterminées à l'intérieur d'une zone de recirculation ce que ne permettent pas d'autres techniques classiques comme les anémométries laser à effet Doppler ou les sondes à fils chauds. L'utilisation de ces techniques permet également de coupler les méthodes de mesures de vitesse et de concentration et ainsi de déterminer simultanément dans un champ deux composantes de la vitesse par VIP (vélocimétrie par image de particules) et la concentration par FIL (fluorescence induite par laser) dans l'eau où le scalaire est de la Rhodamine B et par diffusion de Mie dans l'air avec des particules de fumée d'encens. Il est alors possible de mesurer les flux de masse turbulents uic. Une analyse plus fine des flux de masse mesurés fait appel à des mesures conditionnées par les signes des fluctuations de vitesse et de concentration (±u;±v ±c) réparties en huit catégories (octants). Les flux ainsi conditionnés mettent en évidence des transports des fluctuations de concentration par les fluctuations de vitesse dans le sens d'une représentation possible des flux de masse à l'aide de modèles de type gradient. L'application de ce type de modèle confrontés aux résultats expérimentaux de flux fournit des résultats satisfaisants. Enfin des mesures réalisées en champ lointain de l'obstacle (sillage) ont permis de vérifier au niveau cinématique la solution auto-similaire développée par COUNIHAN, HUNT et JACKSON (1974) qui décrit l'évolution du déficit de vitesse moyenne longitudinale dans le sillage. Dans le même esprit et en considérant des hypothèses de sillage lointain il a été cherché s'il existait une solution affine qui décrive l'évolution de la concentration moyenne dans le sillage. Une solution analytique a été déterminée, elle décrit de façon satisfaisante les valeurs de concentration moyenne mesurées dans cette région de l'écoulement
This work is within the framework of the study of dispersion of passive and reactive pollutants in air in the interior of an urban canopy. It is concerned with the local scale amd proposes a partial response to the comportment of the flow and the dispersion of a passive scalar that is perturbed by the presence of an obstacle. A non-exhaustive presentation of different parameters at the origin of the air pollution in cities provided evidence of the types of sources encountered, the possible chemical reactions as well as their interactions with the turbulent flow of the atmosphere. The urban pollution can be studied at the meso-scale (regional) where the city is considered globally. By contrast, we consider here the micro-scale (local), for example the scale of a street and an apartment building where the sources and the geometries of the buildings are explicitly accounted for. Therefore we can search for the mechanisms that form the basis of the dispersion and transport of pollutants. This study is made up of both experimental and analysis parts, both of which permit describing, among other things, the turbulent mass flux that is indispensible for fixing, for example, the limiting conditions for the modeling of the meso-scale. The study of mass flux is also necessary in order to determined possible models that permit closing the equations describing the evolution of the mean scalar concentration. Such a closure is the basis of most meso-scale models. We have studied a simplified case of stationary turbulent flow that is two-dimensional in the mean (geometrically as well as statistically for the turbulence properties). The incident flow is a turbulent boundary layer that develops on a smooth flat plate. The obstacle is two-dimensional and of square cross-section, placed perpendicular to the incident flow. A line source of the passive scalar at the wall is located parallel to and downstream of the obstacle in the recirculation zone. The experiments were carried out in two fluid media : water (a hydraulic flume) and air (a wind tunnel). The measurements utilized flow visualization and image processing and analysis. They permitted obtaining a full planar field of view of the time varying concentration field. The velocity could be determined in the interior of the recirculation zone which is not possible with other techniques that utilize probes (hot-wires). Coupling the methods of mesuring the velocity (Particle Image Velocime-try/PIV) and the concentration fields (Laser Induced Fluorescenc/LIF in water and Mie Scattering Diffusion/MSD in air) permitted the simultaneous determination of two components of velocity together with the scalar concentration. Thus, we were able to determined the turbulent mass flux, uic. An original conditional analysis of the measured mass flux was carried out based on the signs of the fluctuating velocity components and the fluctuating concentration (±w; ±v; ±c) forming eight categories (octants). This analysis clearly justifies the possibility of modeling the scalar transport with mean gradient models in the recirculation zone. The choice of models is carried out by an order of magnitude analysis of the scalar transport equations. Thus the conditional fluxes provided evidence that the transport of the concentration fluctuations by the velocity fluctuations can be adequately represented by mean gradient type models. The application of these types of models is justified by the present experimental results. Finally, the measurements obtained in the far field of the obstacle (wake) have permitted the verification, at the kinematic level, of the self-similar solution developed by COUNIHAN, HUNT and JACKSON (1974) that describe the evolution of the streamwise mean velocity deficit. In the same spirit and with far wake assumptions, we demonstrated the existence of a self-similar solution that describes the evolution of the mean concentration. The refined solution that was obtained satisfactorily describes the statistics of the measured concentration in this region of the flow

Ce travail de thèse avait pour objectif de développer des capteurs électrochimiques, basés sur des réactions de transfert assistés d’ions aux interfaces liquide | liquide. Le dispositif électrochimique utilisé repose sur la formation d’une micro-interface entre l’eau et le 1,2-dichloroéthane (eau | DCE), obtenue par un micropore percé par un laser dans un film de polyimide. Cette micro-interface supportée a été conçue pour obtenir des mesures reproductibles et significatives. Parce que la pollution aquatique par les métaux lourds est considérée comme l'un des problèmes environnementaux les plus importants, nos études se sont particulièrement focalisées sur les transferts assistés de Pb(II) et de Cd(II), seuls ou en mélange, par le 8-Hydroxyquinoline (8-HQ), et de Ba(II)) par le 18-couronne-6 (18C6). La voltampérométrie cyclique a été utilisée pour comprendre les mécanismes de transfert ainsi que la détermination de la stœchiométrie des complexes formés. Des mesures complémentaires par spectrométrie de masse et spectrophotométrie UV-Visible ont permis de confirmer ces stœchiométries. L’ensemble de ces mesures montre clairement que le dispositif expérimental proposé est bien adapté pour quantifier électrochimiquement des espèces, même si elles ne sont pas électroactives. Dans des perspectives d’applications industrielles, nous avons démontré la possibilité et l’efficacité de la mise en œuvre d’un dispositif d’analyse en ligne. Ce procédé semble très prometteur en raison de sa simplicité et de son faible coût, avec la possibilité de réutiliser la solution organique pour une série de mesures. Enfin, nous avons également testé des réseaux de micropores à la place d’un seul micropore, dans le but d’accroître la sensibilité du dispositif. Nous avons montré clairement leur intérêt pour atteindre des valeurs de concentrations plus faibles et représentatives du domaine de l’environnement. Toutes les études menées au cours de cette thèse montrent comment le dispositif expérimental utilisé est prometteur et performant
This thesis aims to develop electrochemical sensors based on ion assisted transfer reactions at liquid | liquid interfaces. The electrochemical device used is based on the formation of a micro-interface between water and 1,2-dichloroethane (water | DCE), obtained by a micropore drilled by a laser in a polyimide film. This micro-interface has been designed to obtain reproducible and meaningful measurements. Because water pollution by heavy metals is considered as one of the most important environmental problems, our studies focused particularly on assisted transfers of Pb (II) and Cd (II), alone or in mixture, by the 8-Hydroxyquinoline (8-HQ), and Ba (II)) by the 18-crown-6 ether (18C6). Cyclic voltammetry was used for understanding the mechanisms of transfer, and for determining the stoichiometry of the formed complexes. Complementary measurements by mass spectrometry and UV-visible spectrophotometry have confirmed these stoichiometries. All measures clearly show that the proposed experimental device is well suited for quantifying the electrochemically species, even if they are not electroactive.In prospects of industrial applications, we have demonstrated the feasibility and effectiveness of the implementation of the proposed device for online analysis. This process appears very promising because of its simplicity and its low cost, and with the possibility of reusing the organic solution for many measurements. Finally, in order to increase the sensitivity of the device, we also tested micropore arrays instead of a single micropore. We have clearly shown the interest in achieving lower concentrations values hence more representative of the environment. All studies in this thesis show how the used experimental device is promising and well performing

"Ce travail de recherche, réalisé dans le cadre du programme IDAF, est une contribution à l'étude des dépôts des constituants majeurs atmosphériques à la surface de la terre, en Afrique tropicale. Il concerne l'étude des concentrations atmosphériques des gaz azotés (ammoniac, dioxyde d'azote, acide nitrique), du dioxyde de soufre (SO2) et de l'ozone (O3) et leur dépôt sec en Afrique de l'Ouest et Centrale. Les gaz ont été mesurés sur une base mensuelle par la technique des capteurs passifs sur une période de dix ans (1998-2007) dans sept sites IDAF représentatifs d'un transect d'écosystèmes : savanes sèches - savanes humides - forêts. La validation et l'analyse de la base de données décennales des " gaz IDAF " a permis d'établir les niveaux de concentrations caractéristiques de chaque écosystème et d'étudier leurs évolutions moyennes mensuelles, saisonnières, annuelles et interannuelles sur le transect d'écosystèmes. Les flux de dépôt sec ont été estimés par la méthode inférentielle à partir des vitesses de dépôt sec calculées en utilisant le modèle " big-leaf " de Zhang et al. (2003b). Dans le modèle de dépôt, les conditions de surface et météorologiques spécifiques aux sites IDAF ont été adaptées puis validées pour être représentatives de ces sites et ont ainsi permis de simuler les vitesses de dépôt sec représentatives des grands écosystèmes. Les variations moyennes mensuelles, saisonnières et annuelles des flux de dépôt sec des gaz (NO2, HNO3, NH3, O3, et SO2) sont analysées dans l'objectif de réaliser un bilan de dépôt atmosphérique total (sec + humide) d'azote à l'échelle des écosystèmes africains. Le dépôt total d'azote est estimé respectivement à 6-9 kgN. Ha-1. An-1, 7-10 kgN. Ha-1. An-1 et 13 kgN. Ha-1. An-1 en savanes sèches, en savane humides et en forêts, avec une contribution relative du dépôt sec sous forme gazeuse au dépôt total d'azote comprise entre 46 et 71% sur l'ensemble des écosystèmes. Un bilan émission-dépôt des composés azotés oxydés et réduits à l'échelle de chaque écosystème a été réalisé et a montré un flux d'émission totale de même ordre de grandeur que le dépôt moyen annuel d'azote pour les écosystèmes de savanes mais plus faible dans l'écosystème forestier. Enfin une analyse comparative entre les mesures IDAF de dépôt d'azote et, d'une part, le dépôt d'azote simulé par une analyse multi-modèle à l'échelle globale et d'autre part, avec les charges critiques d'eutrophisation existantes dans la littérature a permis une première évaluation de l'impact potentiel du dépôt total d'azote sur les écosystèmes tropicaux africains. "
This research, conducted as part of IDAF (IGAC/DEBITS/AFrica*) program, is a contribution to the study of atmospheric constituent deposition on the surface of the earth, in tropical Africa. It concerns the study of atmospheric concentrations of nitrogen gases (ammonia, nitrogen dioxide, nitric acid), sulfur dioxide and ozone, and their dry deposition in West and Central Africa. The gases were measured on a monthly basis by the technique of passive samplers over a ten year period (1998-2007) at seven remote sites within the framework of the IDAF network. The sites are located to represent a transect of African ecosystems, i. E. , dry savanna-wet savanna - forest. The validation and the analysis of the decadal IDAF database of " IDAF gases " allowed to establish (1) the levels of surface gaseous concentration characteristic of each major ecosystem and (2) to study their monthly, seasonal, annual and interannual mean variations on the transect of ecosystems. Dry deposition fluxes were estimated by the inferential method based on dry deposition velocities (Vd) calculated using the "big leaf" model of Zhang et al. (2003b). In the model of deposition, surface and meteorological conditions specific to IDAF sites have been adapted and validated in order to simulate Vd representative of major African ecosystems. The monthly, seasonal and annual mean variations of gaseous dry deposition fluxes (NO2, HNO3, NH3, O3, and SO2) are analyzed. A budget of total nitrogen atmospheric deposition (dry + wet) is proposed at the African ecosystem scale. The total nitrogen deposition estimated is around 6-9 kgN. Ha-1. Yr-1, 7-10 kgN. Ha-1. Yr-1 and 13 kgN. Ha-1. Yr-1 respectively in dry savannas, wet savannas and forests, with a relative contribution of dry deposition in the gaseous form to the total nitrogen deposition between 46 and 71% for all ecosystems. We have also established an emission-deposition budget of oxidized and reduced nitrogen compounds for each IDAF station. This budget shows that the total emission flux have the same order of magnitude of annual mean nitrogen deposition for the savannas ecosystems but is lower in the forested ecosystem. Finally, a comparative analysis between IDAF measurements of nitrogen deposition and (1) a global multi-model exercise and (2) critical loads of eutrophication is presented over the African tropical ecosystems

L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques physiques et biogéochimiques de l’habitat épipélagique (0-200 m), ses variabilités spatio-temporelles et les processus qui les gouvernent dans le Golfe de Tadjourah (Djibouti). L’analyse spectrale singulière (SSA) et la fonction empirique orthogonale (EOF) sont appliquées à deux jeux des données satellitales dérivées du radiomètre AVHRR_MetopA et des capteurs de la couleur de l’océan (Modis et Meris). Cette analyse statistique montre que les variabilités de la température de la surface de la mer (SST) et de la concentration de la chlorophylle a (CHLa) sont essentiellement expliquées par les cycles annuels et semi-annuels. Le cycle annuel de la SST montre l’alternance des eaux chaudes d’avril à octobre et des eaux froides de novembre à mars. Le cycle semi-annuel indique une légère baisse de la SST entre juillet et aout, particulièrement à l’ouest du golfe. Pour la CHLa, la variabilité est entièrement représentée par le cycle annuel. Celui-ci indique l’enrichissement des eaux du large avec un fort gradient côte-large de juillet à novembre et une tendance inverse de décembre à juin. En outre, l’analyse spectrale singulière multi-canal (M-SSA) et la fonction de corrélation croisée avec fenêtre de 120 jours, appliquées à l’ensemble des paramètres océanique (SST et CHLa) et atmosphériques (Vent, Température et humidité spécifique de l’air) révèlent que le cycle annuel de la SST est relié aux flux de chaleur à l’interface air-mer. En revanche, le refroidissement des eaux durant juillet-aout associé au pic de la CHLa, a été attribué au phénomène d’upwelling. Dans la seconde partie, afin d’élucider l’influence océanique sur la SST et la CHLa, les structures thermohalines and biogéochemiques de la couche supérieure (0-200 m) sont étudiées à l’aide des données collectées durant juillet-aout 2013, septembre 2013 et Février 2014. Les résultats montrent qu’en juillet-aout, la couche superficielle se composait d’une couche de mélange (CM) s’étendant sur environ 20-30 m de profondeur, suivie d’une thermocline localisée entre 30 and 50 m. La CM était réduite à l’ouest et au sud-est du golfe où le gradient thermique et la CHLa étaient plus élevées proche de la surface. En septembre, cette stratification persistait mais la CM était plus chaude et salée. En Février, la CM s’étendait sur environ 120 m de profondeur et la thermocline était moins prononcée. La comparaison des courants mesurés avec les courants de dérive d’ekman et les courants géostrophiques ont révélé que les structures thermohalines et biogéochimiques sont influencées par les vents de moussons du Sud-Ouest (MSO) et du Nord-Est (MNE). Les MSO qui soufflent de juin à aout, déplacent les eaux de surface du Golfe de Tadjourah vers le Golfe d’Aden et induisent la remontée des eaux profondes à l’ouest et l’intrusion par le nord-est des eaux salée de la thermocline. Celle-ci se rapproche de la surface particulièrement à l’ouest où elle se mélange avec les eaux de surface. En revanche, les vents de moussons du nord-est (MNE) prédominants de novembre à mai, emmènent les eaux froides vers le Golfe de Tadjourah. Le mélange convectif profond épaissit la CM. Cette thèse montre que les vents de moussons et leur renverse saisonnière jouent un rôle crucial dans la stratification de la colonne d’eau et que la topographie du bassin influence et module leurs effets. Durant l’été, la forme en cuvette du bassin et la pente continentale plus allongée à l’ouest favorise l’upwelling à l’ouest du golfe où les anomalies de la SST et de fortes concentrations de la CHLa ont été observées
The objective of this thesis is to study the physical and biogeochemical characteristics of the pelagic habitat (0-200m), its spatio-temporal variability and the processes that govern them in the Gulf of Tadjourah (Djibouti).Singular spectrum analysis (SSA) and empirical orthogonal function (EOF) were applied to two data sets derived from AVHRR_MetopA radiometry and sea colour sensors (Modis and Meris). These statistical analysis shows that the variability of sea surface temperature (SST) and chlorophyll a concentration (CHLa) are mainly explained by annual and semi-annual cycles. The annual cycle of SST consists of an alternation between warmer (April to October) and cooler (November to March) surface water. The semi-annual cycle shows a slight drop of SST between July and August, particularly in the west of the gulf. For the CHLa, the variability is fully dominated by the annual cycle indicating summer enrichment of seashore water (July-November) with a strong seaward gradient which is reversed from October to May. Multichannel spectrum analysis (M-SSA) and cross correlation function analysis applied to the oceanic (SST, CHL-a) and atmospheric parameters (wind speed, air temperature and humidity) showed that the annual cycle of SST is connected to heat flux at the air-sea interface, while the summer drop of SST and its associated CHL-a increase were attributed to upwelling. In the second part, in order to elucidate this oceanic influence on SST and CHL-a, the vertical thermohaline and biogeochemical structures of the upper layer (0-200 m) were studied using high-resolution hydrographic data collected in July-August 2013, September 2013 and February 2014. During summer, the superficial layer consisted of the mixed layer (ML) extending to a depth of about 20-30 m, followed by the thermocline located between 30 and 50 m depth. The ML was thicker in the west and the southeast where the thermal gradient and chlorophyll a concentrations were particularly high. During September, this stratification persisted but the ML became warmer and saltier and the thermocline moved slightly deeper. In February, the ML extended to about 120 m, and the thermocline was less pronounced. A comparison of the directly measured currents to the wind induced Ekman currents and to geostrophic current profiles revealed that the thermohaline and the biogeochemical features were related to the southeast and northeast monsoon winds (SWM & NEM). Between June and August, the SWM drives surface water from the Gulf of Tadjourah to the Gulf of Aden and thus induces the westward intrusion of high salinity thermocline water from the Gulf of Aden. This near surface flow mixes surface waters in the extreme west of the Gulf of Tadjourah. In contrast, the NEM which blow from September to May, bring cold water toward the Gulf of Tadjourah and thickens the ML through convective mixing. Our thesis shows that the monsoon winds and their seasonal reversal play a crucial role in the stratification of the water column, but that their effects are additionally influenced by basin topography. During summer the bowl-shape of the basin and its elongated slope in the west enhance the upwelling in this area where negative sea surface temperature anomalies and high chlorophyll a concentrations were observed

Les stations d'épuration des eaux usees urbaines par boues activées sont soumises à des débits et flux polluants fortement variables dans le temps. L'objectif du présent travail est d'étudier l'influence de ces variations sur la dégradation de la pollution soluble. La caractérisation et la décomposition en série de Fourier des débits et concentrations (demande chimique en oxygène et matières en suspension) à l'entrée de la station de Nancy-Maxéville permettent de les représenter par une équation mathématique simple de type sinusoïdal. Les essais sont réalisés sur un pilote, constitué de deux réacteurs parfaitement agités contenant les boues activées et d'un décanteur, alimenté par une solution de viandox. Le pilote est commandé par un micro-ordinateur qui permet notamment de soumettre le système a des variations de débit et/ou de concentration en créneaux 12 heures/12 heures ou en sinusoïde. L'étude montre qu'il se produit une formation de métabolites au cours de la dégradation biologique. Le modèle établi, qui prend en compte cette production, représente de façon satisfaisante les résultats expérimentaux. Ce modèle est également utilisé pour simuler la dégradation de la pollution soluble dans l'aérateur de la station de Nancy-Maxéville. Les influences respectives de l'hydrodynamique du réacteur biologique et du décanteur secondaire sont déterminées

Au cours des dix dernières années, les gouvernements de l'Union Européenne ont été encouragés à collecter des données sur le volume et la qualité de tous les effluents d'eaux urbaines ayant un impact environnemental significatif sur les milieux aquatiques récepteurs. Les méthodes de surveillance de ces flux nécessitent des améliorations, en particulier pour les déversoirs d’orage, structures complexes responsables en grande partie de la dégradation de la qualité des milieux récepteurs. Le DSM-flux (Dispositif pour la surveillance et maîtrise des flux d'eaux et polluants des réseaux d'eaux pluviales et unitaires) est un nouveau dispositif préfabriqué et pré-étalonné qui garantit les conditions hydrauliques appropriées permettant de mesurer les débits et volumes déversés ainsi que les concentrations et masses de polluants qui y sont transportés. Dans cette thèse, une relation permettant de mesurer le débit au passage du DSM-flux a été construite grâce à une étude expérimentale sur modèle physique réduit, puis validée pour plusieurs configurations d'écoulement à l'amont du dispositif. Quelles que soient les conditions hydrauliques en amont, les incertitudes relatives sont inférieures à 15% et 2% pour les débits et les volumes étudiés, respectivement, ce qui reste équivalent, voire mieux, par rapport aux incertitudes des méthodes actuelles les plus fiables. La méthode de mesure a été validée in situ sur un dispositif à grande échelle construit sur le terrain et fonctionnant en conditions réelles, ce qui montre la robustesse de la méthode. De plus, grâce à sa conception originale, le DSM-flux favorise l'interception d'une fraction des polluants particulaires. L’hydrodynamique de ce dispositif de mesure a été analysée ainsi que les conditions qui engendrent la décantation des polluants particulaires. En fonction des conditions d'écoulement, ce dispositif peut retenir 50% de la masse totale des matières solides fines en suspension transitant par le dispositif, mais pour des écoulements à débits élevés, cette efficacité est significativement réduite. Sa capacité de rétention a été aussi observée sur le terrain et une méthodologie a été élaborée pour quantifier son efficacité de rétention lors d'études futures. Mise à part sa performance hydraulique, du point de vue opérationnel, le dispositif présente d’autres avantages par rapport à d’autres dispositifs existants : (i) il est pré-étalonné et peut être installé à l’aval de déversoirs d’orage déjà existants, (ii) il peut s’insérer directement au sein du canal de décharge (installation d’un regard de visite équipé d’un DSM), (iii) sa performance hydraulique est indépendante des conditions de l’écoulement à l’amont et (iv) il s’agit d’un dispositif intégré de mesure de débits et de leur qualité simultanément, en plus d’intercepter une partie de polluants particulaires
Over the past decade, European Union governments have encouraged to collect data on the volume and quality of all urban water effluents with a significant environmental impact on receiving aquatic environments. Methods for monitoring these flows require improvements, particularly for combined sewer overflows, which are complex flows that contribute in significant proportion to the degradation of the quality of the receiving waters. The DSM-flux (Device for Stormwater and combined sewer flows Monitoring and the control of pollutant fluxes) is a new pre-calibrated and pre-designed device that guarantees the appropriate hydraulic conditions for measuring discharged flows and volumes as well as the concentrations and mass loads of pollutants carried in suspension by the flow. In this PhD work, a relationship allowing to measure the flow rates conveying through the DSM-flux was determined thanks to an experimental study on a small-scale physical model, and then validated for several flow configurations upstream of the device. Whatever the upstream hydraulic conditions are, the relative uncertainties are less than 15% and 2% for the flow rates and volumes studied, respectively, which is equivalent to the uncertainties of the most reliable current methods. The monitoring methodology was validated in situ in a large-scale device installed at the field and operating in real conditions, which shows the robustness of the method. Moreover, thanks to its original design, the DSM-flux allows the interception of a fraction of particulate pollutants. The hydrodynamics of this monitoring device were analysed as well as the conditions that cause the settling of particulate pollutants. Depending on the flow conditions, this device can retain 50% of the total mass of fine suspended solid matter transiting through the device, but for flows at high discharge rates, this efficiency is significantly reduced. Its retention capacity has also been observed in the field and a methodology has been developed to quantify its retention efficiency in future studies. Apart from its performance, from an operational point of view, the device has other advantages compared to other current devices: (i) it is pre-calibrated and can be installed downstream from existing combined sewer overflows, (ii) it can be directly installed through a manhole in the discharge channel, (iii) its hydraulic performance is independent from the flow conditions upstream, and (iv) it is an integrated monitoring device, measuring flow rates and their quality simultaneously, in addition to intercepting a part of the particulate pollutants

La connaissance des flux de contaminants particulaires véhiculés par les cours d'eau est cruciale pour la gestion des pollutions environnementales, mais elle se heurte à d'importantes difficultés technologiques, méthodologiques et scientifiques. Grâce à un effort d'observation intensive rendue possible par l'Observatoire des sédiments du Rhône, ce travail de recherche s'est concentré sur la dynamique spatio-temporelle des flux de contaminants particulaires – mercure et PCB- au sein du Rhône et de ses principaux affluents contributeurs en matières en suspension (MES) : l'Arve, la Saône, l'Isère et la Durance. La stratégie d'observation choisie et validée privilégie un échantillonnage quasi-continu des débits, concentrations en MES (turbidimétrie) et teneurs en contaminants (par piège intégratif), associé à des prélèvements de référence (manuels, ou par centrifugation) et à une caractérisation détaillée des particules en termes de granulométrie et de taux de carbone organique. A partir des données ainsi mesurées et existantes, l'étude de la variabilité spatio-temporelle des différents paramètres et de leurs facteurs d'influence a permis de proposer et valider des méthodes adaptées pour la quantification des flux particulaires à l'échelle événementielle, annuelle et inter-annuelle. Ces résultats fournissent une nouvelle vision des flux particulaires dans le Rhône à l'échelle du réseau hydrographique, et soulignent l'importance des évènements hydro-sédimentaires majeurs et des interactions avec les aménagements hydro-électriques. Ces processus hydro-sédimentaires complexes motivent une contribution à l'amélioration de la simulation numérique du Rhône
The knowledge of particulate contaminant fluxes transported by rivers is crucial for the management of environmental pollution, but it is compromised by significant technological, methodological and scientific difficulties. Through an intensive observational effort made possible by the Rhône Sediment Observatory, this research focused on the spatio-temporal dynamics of particulate contaminant -mercury and PCBs- fluxes in the Rhône and its major tributaries as regards suspended particulate matters (SPM) contribution : the Arve, Saône, Isère and Durance rivers. The chosen and validated observation strategy is based on the quasi-continuous monitoring of discharge, SPM concentrations (by turbidimetry) and contaminant contents (using sediment integrative traps), associated with samples of reference (manual sampling or centrifugation) and a detailed characterization of particles in terms of grain-size and organic carbon contents. From measured and existing data, the study of spatio-temporal variability of parameters and of their factors of influence allowed us to propose and validate suitable methods for the quantification of particulate fluxes at the event, annual and inter-annual scales. These results provide a new insight into the particulate fluxes throughout the Rhône river system and highlight the importance of major hydro-sedimentary events and of the interactions with hydro-power schemes. Such complex hydro-sedimentary processes motivate the improvement of the numerical simulation of the Rhône river

L'originalité de la thèse est de considérer des catégories de matériaux très divers (matières en suspension, nutriments dissous et totaux, ions dissous) pour des bassins couvrant une grande gamme de variabilité hydrologique (2000 années-stations de concentrations et débits journaliers en France, Europe et Etats-Unis pour des tailles de 600km² à 1 000 000 km²) et en testant 9 méthodes de calcul des flux innovantes ou couramment utilisées. Pour chaque méthode de calcul, la comparaison des flux annuels estimés à partir des suivis discrets et des flux annuels de référence permet d'évaluer les incertitudes en termes de biais et d'imprécisions. Ces incertitudes ont pu être étudiées en lien avec la variabilité hydrologique, hydrochimique et sédimentologique des matériaux. Les résultats de la thèse sont donc de deux ordres : (1) fondamental, avec la mise en relation des incertitudes avec les deux facteurs de contrôle -W2% et b50sup- qui caractérisent les variabilités des débits et des concentrations, (2) appliqué, avec l'optimisation des suivis en terme d'intervalle d'échantillonnage et de durée de calcul des flux et la détermination des incertitudes sur les populations de flux déjà publiées.

La gestion et la dépollution de sites contaminés peuvent être complexe et demandent un investissement important pour localiser les sources de contaminations, zones émettant les flux de polluants les plus importants. Les travaux réalisés proposent une stratégie pour localiser les sources de pollution à partir de mesures in situ de flux massiques et de modélisation inverse. Ainsi, dans le cadre de l’étude, un outil innovant a d’abord été développé afin de mesurer la vitesse des eaux souterraines dans un puits. L’outil appelé DVT (Direct Velocity Tool) a permis de répondre aux contraintes imposées par les outils existants et de mesurer des vitesses d’écoulement très lentes. Des essais en laboratoire et des tests en site réels ont été réalisés et comparés à d’autres outils de mesure. Le DVT permet aussi indirectement de définir la portion de source conduisant au flux de polluant maximum, en le combinant avec une mesure locale de concentration. L’étude présente ensuite l’utilisation de la modélisation inverse pour localiser une source de contaminant et d’estimer les paramètres définissant les caractéristiques du domaine. Pour cela, l'étude s'est faite sur deux cas synthétiques. Pour adapter les méthodes à une véritable gestion de sites pollués, une stratégie itérative est développée en imposant un ajout limité de nouvelles observations à chaque phase de modélisation, basée sur l’approche de type Data Worth. Les résultats de la position de la source sur les deux cas synthétiques ont permis d’évaluer la méthode mise en place et de juger son applicabilité à une problématique réelle. Cette stratégie de localisation de source est par la suite testée sur un site réel à partir (i) de mesures in situ de flux massiques avec les vitesses au DVT et les concentrations et (ii) la modélisation. Les essais ont permis de cibler les forages à mettre en place sur site aidant à localiser la source. Néanmoins, en analysant plus précisément les résultats, le champ de conductivité hydraulique estimé par l'optimisation ne correspond pas à la réalité. De plus, les flux massiques de contaminants ainsi que le ratio des polluants du site, mettent en valeur deux panaches distincts. Une phase finale de modélisation a donc été lancée afin d'estimer (i) la présence potentielle de deux sources et (ii) la chimie de la zone étudiée. Les résultats de la stratégie sont comparés aux mesures geoprobe qui a pu confirmer la présence d’une des deux sources identifiées
Contaminated sites management and remediation can be complex and require a significant investment to locate the contaminant source, which delivers the higher pollutant mass fluxes. The study proposes a strategy for contaminant source localisation using in situ measurement and inverse modelling. First, an innovative tool was developed to measure groundwater velocity in a well. The developed tool called DVT (Direct Velocity Tool) made it possible to measure a low Darcy flux. Laboratory and field tests were performed with the DVT and compared to other velocity measurement tools. By combining the DVT with a local concentration measurement, it is possible to calculate the mass fluxes passing through wells. Then the thesis present the inverse modeling used for source localisation and parameters estimation. The study was done on two synthetics cases using the non-linear optimisation method. To adapt the method to a real management of polluted sites, an iterative strategy is developed by imposing a limited addition of new observations to each modeling phase. This strategy is base on the Data Worth approach. Source localisation results on the two synthetic cases made it possible to judge the method applicability to a real site problem. The source localisation strategy is then applied to a real site with (i) mass flux measurement with velocities (DVT) and concentrations and (ii) inverse modeling. The modeling phases made it possible to locate the new wells and helped the source localisation. Nevertheless, by analysing the results more precisely, the hydraulic conductivity field estimated by the optimisation did not correspond to reality. In addition, contaminant mass fluxes highlightes two distinct zones of flux. By analysing the pollutant ratio of the site, it appears that two plumes are potentially present. Thus, another inverse modeling phase has been tested (i) to locate the two potential sources and (ii) to estimate the chemistry of the site. Results of the strategy were compared to the geoprobe campaign which confirmed the second source location

Cette thèse valorise les données de mesure en continu de pluie de débit et de turbidité, ainsi que les bases de donnée de résultat d'analyse et les connaissances acquises dans le cadre des trois observatoires français en hydrologie urbaine, OPUR-Paris, OTHU-Lyon et ONEVU Nantes, pour valider et améliorer les connaissances sur les flux et les sources de particules vectrices de contaminants, en réseaux d'assainissement unitaire. Les données provenant de 6 sites expérimentaux drainés par un réseau d'assainissement unitaire ont été exploitées : Marais, Quais et Clichy à Paris, Cordon Bleu et Saint-Mihiel à Nantes et Écully à Lyon, avec sur chaque site des bases de données de longue durée qui ont permis des études statistiques sur des échantillons de plusieurs dizaines d'événements pluvieux et de journées de temps sec. Cette thèse a permis : 1- d'évaluer la représentativité de la turbidité pour analyser du transport solide en réseau ; 2- d'analyser et de modéliser statistiquement les concentrations et les masses de particules à l'échelle événementielle ; 3- d'étudier la dynamique des flux et des concentrations à l'échelle intra-événementielle. Les résultats obtenus indiquent d'une part, que la turbidité permet de décrire les dynamiques intra-événementielles des flux et des concentrations à condition d'exprimer ceux-ci sous forme relative, normalisée par les valeurs moyennes événementielles. En revanche, ces valeurs événementielles sont attachées par des erreurs systématiques non négligeables induites par les variations inter-événementielles de la relation MES-Turbidité (intervalle de confiance de l'ordre de 30% de la moyenne). Ils confirment d'autre part que la contribution des dépôts aux flux de temps de pluie est importante mais variable (entre 20 et 80% de la masse à l'exutoire selon l'événement), y compris sur un site réputé exempt de dépôts (grossiers). Autrement dit, les problématiques d'ensablement et de pollution de temps de pluie ne sont pas nécessairement liées. L'autre contribution majeure est celle des eaux usées « de temps sec ». De plus, ils nous ont permis de progresser dans la compréhension des phénomènes de décalage temporel entre hydrogramme et pollutogramme et d'effet piston
This thesis exploits continuous measurement of rainfall, discharge and turbidity data and the knowledge acquired by three French observatories in urban hydrology, OPUR-Paris, OTHU Lyon and ONEVU-Nantes, to validate and improve knowledge on suspended solids discharges and sources of particles, which are major vectors of contaminants in combined sewer systems. Data from six experimental sites served by a combined sewer system were used: Marais, Quais and Clichy in Paris, Cordon Bleu and Saint-Mihiel in Nantes and Ecully in Lyon. At each site, a long duration databases enabled statistical studies on samples of several tens of rainfall events and dry weather days. This thesis allowed: 1-to assess the representativeness of turbidity to analyze sediments transport in network; 2-to analyze and model concentrations and masses of particles at the scale of rain events; 3-to study the dynamics of fluxes and concentrations at intra-event scale. Results show that turbidity can describe the dynamics of intra-event fluxes and concentrations provided these are expressed in a relative form, normalized by the event mean values. However, these mean values are attached by significant systematic errors induced by variations of the inter-event TSS-turbidity relationship (95% confidence interval about 30% of average). The contribution of sewer deposits to wet weather suspended solids discharges is important but variable (between 20 and 80% of the mass at the outlet depending on the event), including for a site allegedly free of (coarse) sewer deposits. In other words, the problems of silting and contribution from deposits to wet weather pollution are not necessarily related. The other major contribution is from “dry weather” wastewater. In addition, they we made some progress in understanding the lag-time phenomena between hydrograph and pollutograph and the piston effect

Ce travail de thèse vise à développer une méthode générale d'évaluation des flux de contaminants issus des ruissellements des matériaux de toiture à l'échelle urbaine. Cette méthode est fondée sur une démarche originale de changement d'échelles intégrant différents outils relevant des sciences de l'ingénieur et des sciences sociales. Le travail comprend la création d'une base de données bibliographique qui permet de disposer d'une vision synoptique des matériaux de toiture nouveaux et anciens utilisés à l'échelle urbaine, ainsi que des contaminants associés. La démarche de changement d'échelle – du toit à l'échelle urbaine – repose sur la notion de situation-type d'émission d'un contaminant par un matériau de toiture à laquelle est associé un flux unitaire unique. Cette notion propose une nouvelle définition de l'émission à l'échelle du toit incluant uniquement les paramètres pertinents à l'échelle urbaine. Afin de faciliter le calcul du flux à l'échelle urbaine, différents principes méthodologiques sont adoptés pour exploiter des bases de données urbaines existantes (base des modes d'occupation du sol, cadastre, images aériennes) et les adapter ou les interpréter au prisme de la problématique particulière des émissions de toitures. Ainsi, les principes de découpage et de croisement sont utilisés pour diviser l'échelle urbaine en entités homogènes. Une entité consiste en un regroupement de bâtiments, caractérisée par une répartition propre de matériaux de toitures. Ces entités sont obtenues en croisant une étude typologique des bâtiments (élaborée à partir de la base des modes d'occupation du sol) avec l'histoire urbaine et avec l'histoire des matériaux de toiture. La définition d'un ensemble de règles empiriques est nécessaire pour permettre la quantification des matériaux des différents éléments de toitures à l'échelle de la ville. Ces règles sont élaborées à partir d'une enquête et d'entretiens menés auprès d'experts des matériaux de toitures (fabricants, syndicats…) ainsi que d'une étude historique et d'une étude du marché des matériaux de toiture.Le développement intégral de la méthode jusqu'au calcul final rend indispensable le choix d'un terrain d'étude et d'un contaminant afin d'en illustrer en détail toutes les étapes de calcul. La ville de Créteil a été choisie car elle présente une mixité urbaine et historique suffisante pour embrasser la plupart des situations urbaines susceptibles d'être rencontrées en France. Elle offre également l'avantage de disposer d'un maximum de situations-types d'émissions renseignées pour le contaminant zinc qui a donc été retenu. Complétant les règles empiriques générales, une méthode statistique est développée sur ce cas d'étude. Croisée à une interprétation visuelle des matériaux de toiture à partir des images aériennes, elle permet d'évaluer la distribution des matériaux de toiture à partir d'un échantillonnage aléatoire simple de bâtiments appliqué à chaque entité homogène de la ville. Le couplage de cette distribution avec les situations-types concernées permet alors une estimation du flux de zinc émis par l'ensemble des toitures de Créteil, à savoir 813 kg.an-1 avec une incertitude de 16,6%.La méthode élaborée est généralisable à d'autres villes et d'autres contaminants. Dans cette optique, la démarche opérationnelle à suivre a été formulée de manière synthétique en fin de travail. Son utilisation peut permettre, d'une part d'évaluer à coût réduit l'impact des toitures d'une métropole ou d'une zone urbanisée sur l'environnement et, d'autre part, d'orienter les pratiques de gestion et l'utilisation des eaux de ruissellement en limitant l'apport de contaminants par les matériaux de toitures. Afin de pouvoir appliquer cette méthode à tout contaminant, des pistes ont été dressées pour définir une approche optimisant l'acquisition de données de flux annuels unitaires pour les différentes situations-types
This thesis aims to develop a general method for modelling roofing materials emissions on the city scale. This method is based on an original scaling approach integrating different tools within the engineering sciences and social sciences. The work includes the creation of a bibliographic database describing new and old roofing materials and their associated contaminants.The scaling approach - from roof to the city scale – is based on a new concept called typical-situation of contaminant emission from roofing material on the roof. For each typical situation a contaminant annual runoff rate is associated. This concept allows the transition between the roof scale and the city scale. To facilitate contaminant flow calculation on the city scale, different methodological principles are adopted to exploit and adapt existing urban databases (land use database, numerical cadastre, and aerial images) with respect to the specific issue of roofing material emissions. Thus, dividing and crossing principles are used to divide the city into homogeneous units. A unit is a cluster of buildings characterized by a specific roofing materials distribution. These units are obtained by crossing a typological buildings study (developed from the land use database) with the city urban history and the roofing material historical evolution. Defining empirical rules is necessary to quantify the distribution of the material in the different roofing elements on the city scale. These rules are developed from a survey made by conducting interviews with experts of the roofing material sector (industrials, masters of work, architects...) as well as a historical study and a market study for roofing materials.The full development of the method makes it essential to choose a study site and a contaminant in order to illustrate in detail all the calculation steps. Créteil city was selected because it presents a big diversity and a large number of buildings in order to represent most of the urban functions of any city in France. In the city of Créteil, zinc annual runoff rates have been produced for different metallic materials for the maximum of zinc typical-situation. A statistical approach was developed to complete empirical rules to compute roofing materials area distribution on the city scale. This approach is based on a stratified random sampling technique in conjunction with aerial images interpretation of the different roofing material element applied for each unit. Given the roofing material distribution and the zinc typical-situations, annual zinc flow from roofing material at Créteil city was estimated namely 813 kg.an-1 with an uncertainty of 16.6%.The developed method can be applied to other cities and other contaminants. In this context, the operational procedure of the application of this method was described at the end of this work. Our method can be used as a decision-making tool by urban planners at three levels to implement policies in order to reduce roofing pollutants emissions. In order to apply this method to any contaminant, different tracks were drawn to define an optimized approach to produce of runoff rates for different typical situations

La prise de conscience grandissante de la contamination des cours d'eau a entraîné l'établissement de réglementations de plus en plus strictes concernant les rejets urbains et la fixation d'objectifs de qualité à atteindre pour les milieux aquatiques. Cependant, l'échantillonnage ponctuel reste une limite importante dans l'estimation des flux de contaminants, et le besoin de suivis en continu est présent dans le milieu naturel et dans les réseaux d'assainissement urbains. Cette étude porte sur la quantification de la part des rejets urbains de l'agglomération grenobloise dans les flux totaux de matières en suspension (MES), nutriments (azote, phosphore), carbone organique et éléments traces métalliques (ETM) du milieu récepteur Isère (une rivière alpine). Ce travail s'est appuyé sur un réseau de mesures en continu de débits (Q) et de MES (par turbidimétrie) à l'amont et à l'aval de l'agglomération et sur une sonde spectrométrique à l'amont, associé à des campagnes de prélèvements réguliers et renforcés pendant les épisodes de crues. Des campagnes de mesures détaillées sur les principaux sous bassins du réseau d'assainissement ont été réalisées durant la période d'étude dans le cadre du schéma directeur d'assainissement de l'agglomération grenobloise. Le croisement de ces deux approches a permis de confronter les variations spatio-temporelles des MES, nutriments, carbone organique et ETM du réseau et du milieu récepteur en 2011 et 2012. Les flux sur ces deux années ont été établis afin de déterminer la contribution des rejets urbains dans les flux du milieu récepteur. La contamination en mercure a fait l'objet d'un suivi particulier du fait de la présence d'une source significative de mercure dans la région. Enfin, une réflexion sur l'amélioration des calculs de flux par l'utilisation de relations entre les ETM/carbone organique particulaire (COP) et un paramètre mesurable en continu (MES, Q) a été menée en parallèle de l'exploitation de ces résultats. Mots-clés : Matières en suspension ; Dynamique des flux ; Nutriments ; Eléments traces métalliques ; Mercure ; Rejets urbains (par temps de pluie et temps sec), sondes de turbidité et spectrométrique
The growing awareness of the contamination of rivers has led to the establishment of more rigorous regulations related to urban waste, and to the setting of water quality objectives to be achieved for aquatic environment. However, grab sampling remains an important limitation for the estimation of contaminant flux, and the need for constant monitoring is present in both natural environment and urban sanitation. This study focuses on the quantification of the proportion of urban waste in the Grenoble area to the total flux of 1) suspended solids (TSS), 2) nutrients (nitrogen and phosphorus), 3) organic carbon and 4) metals trace element (MTE) of the receiving environment; the Isère (an alpine river). This work was supported by a network of continuous discharge measurements (Q) and TSS (turbidimetry), both upstream and downstream of Grenoble associated with regular sampling campaigns, with a higher measurement frequency during flood events. A spectrometric probe upstream was also placed upstream. Detailed measurement campaigns on major sub-basins of the sewerage network were performed during the study period as part of the sanitation master plan of Grenoble. The combination of these two approaches allowes to relate the spatio-temporal variations of TSS, nutrients, organic carbon and MTE in the urban water network of Grenoble and in the receiving environment (the Isère) for the years 2011 and 2012. Flows of the traced parameters have been established to determine the contribution of urban waste flows in the receiving environment, over these two years. Finally, a study on how to improve the flow calculations by the use of relations between MTE / particulate organic carbon (POC ) and a continuous measurable parameter (MES, Q ) was conducted in parallel with these results. Key words: suspended solids, Nutrients, metals trace element; Mercury; urban waste; turbidimetry and spectrometric probe

Les déversoirs d’orages (DO) d’un système de collecte sont la principale source de pollution des milieux récepteurs en temps de pluie. La maîtrise des flux de pollution déversés par ces DO requiert l’étude de l’hydrodynamique et du transport de polluants véhiculés généralement sous forme particulaire en suspension. L’ensemble des travaux expérimentaux et numériques s’est intéressé à l’hydrodynamique et à la dispersion des polluants particulaires au niveau des déversoirs latéraux aux échelles laboratoire et terrain. L’écoulement tridimensionnel est caractérisé grâce aux données suivantes : la hauteur d’eau, le débit, le champ de vitesse et l’énergie cinétique turbulente. La dispersion des polluants particulaires est étudiée à l’aide de la répartition massique à l’échelle pilote et de la concentration et du flux de pollution en DBO5 déversés à l’échelle terrain. Cette étude a permis de valider pour la première fois, à notre connaissance, l’approche numérique 3D basée sur la mécanique des fluides numérique (CFD, en anglais) appliquée au cas d’un déversoir latéral complexe soumis à l’autosurveillance réglementaire grâce aux données in situ de hauteurs d’eau, débits amont et débits déversés, collectées par Valence Romans Agglo. Les résultats d’analyse des premières campagnes montrent que le critère de conformité réglementaire lié au flux de pollution déversé en temps de pluie s’avère être adapté au fonctionnement du système de collecte de la ville de Valence. En effet, la concentration en DBO5 déversée par le principal DO est inférieure à celle mesurée en entrée de la station de traitement. Ces travaux confirment l’emploi de l’approche CFD et des essais en laboratoire comme outils opérationnels permettant (i) de comprendre le comportement hydrodynamique d’un DO en temps de pluie, (ii) d’analyser la conformité d’un système de collecte et (iii) d’évaluer et d’améliorer la mise en place de l’autosurveillance
Combined sewer overflows (CSO) in a sewer system are the main source of pollution for the receiving environments during wet weather. The control of pollution flux discharges by CSO requires the study of hydraulics and pollutant transport, conveyed mostly as suspended particles. All experimental and numerical simulations have focused on hydrodynamics and the dispersion of particulate pollutants within side weirs at laboratory and field scales. The tridimensional flow is characterized by means of the water height, flowrate, velocity and turbulent kinetic energy fields. The particulate pollutant dispersion is studied by means of the mass distribution at laboratory scale and the BOD5 concentration and flux discharged at field scale. This study validated for the first time, to our knowledge, the 3D numerical approach based on the computational fluid dynamics (CFD) applied to the case of a complex side weir subjected to regulatory self-monitoring using in situ data of water heights, upstream flows and discharged flows, collected by Valence Romans Agglo. The first campaigns show that the regulatory compliance criterion linked to the flow of pollution discharged in rainy weather is proving to be adapted to the functioning of the sewer system of the city of Valence. Indeed, the concentration of DBO5 discharged by the main CSO is lower than that measured at the entrance of the wastewater treatment plant. This work confirms the use of CFD and laboratory tests as operational tools allowing (i) to understand the hydrodynamic behaviour of CSO in wet weather, (ii) to implement self-monitoring and (iii) to analyse sewerage system compliance

Cette thèse s’intègre dans l’axe 3 du programme « ETIAGE » qui a associé pendant quatre ans (2010-2014) la Lyonnaise des Eaux, la Communauté Urbaine de Bordeaux (CUB), l’AEAG, et le FEDER, région Aquitaine avec l’université de Bordeaux, le CNRS et IRSTEA. L’objectif de l’axe 3 était de documenter les apports métalliques du bassin versant de la CUB aux eaux de la section garonnaise de l’estuaire de la Gironde. Ce vaste estuaire européen est l’un des plus turbides au monde, avec en période d’étiage la présence devant Bordeaux d’une zone de turbidité maximum (ZTM, >1 g.L-1 de MES en surface) qui transporte des particules estuariennes et des éléments traces potentiellement toxiques. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur les apports métalliques via le fonctionnement des deux principales stations d’épuration (STEP) de la CUB. De ce fait, l’objectif de cette recherche est d’analyser en détail les concentrations, les flux et la réactivité de huit contaminants métalliques définis comme prioritaires par l’Union Européenne Cr, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As, et le contaminant émergent Ag, des STEP de la CUB. Les taux d’abattement calculés sont importants, de l’ordre de 80 % pour la majorité des métaux, essentiellement lors de l’étape de décantation. Malgré cette efficacité, les apports en éléments traces métalliques (ETM) urbains via les STEP pendant les épisodes orageux et dans des situations de faible débit peuvent augmenter les concentrations et les flux dans l’estuaire fluvial de la Gironde et ainsi avoir des conséquences sur la qualité des eaux estuariennes. Les concentrations en Ag sont supérieures aux concentrations normales de bruit de fond dans l’estuaire fluvial de la Gironde, faisant de Ag un excellent traceur urbain. Le traitement dans les STEP concentre les ETM dans les boues extraites dont les concentrations métalliques restent en-deçà des normes d’épandage. Toutefois, les concentrations en éléments traces peuvent être de 15 (Ag) à 30 (Cu) fois supérieures aux concentrations naturelles du bruit de fond en raison du fort enrichissement des boues en Hg, Ag, Cr, Cu et Zn. De plus, environ 70 % des éléments traces Cd, Ag, Pb, Cu, et Zn contenus dans ces boues sont potentiellement biodisponibles et peuvent avoir un impact néfaste à court et long terme sur les environnements récepteurs. En raison de l’augmentation prévisible de la démographie des villes côtières, les résultats de cette étude participent à l’élaboration de nouveaux concepts et outils (récupération, recyclage, valorisation) pour améliorer quantitativement et qualitativement les rejets urbains solides et liquides
This study is a part of the third axis of the « ETIAGE » project, a four year collaboration (2010-2014) between the Lyonnaise des Eaux, the Communauté Urbaine de Bordeaux (CUB), AEAG, and FEDER, Aquitaine region with the University of Bordeaux, CNRS and IRSTEA. The axis 3 objectives were to document the trace metal inputs from the CUB watershed into the waters of the Garonne section of the Gironde estuary. The Gironde Estuary is one of the largest macrotidal and highly turbid estuaries in Western Europe characterized by the presence of a strong maximum turbidity zone (MTZ) with high suspended particulate matter (SPM) concentrations (>1 g.L-1 in surface water) transporting estuarine particles and potentially hazardous trace elements. This study has focused on the trace metal inputs from the two main wastewater treatment plants (WWTP) of the CUB. The objective of this research was therefore to study in detail the daily concentrations, fluxes, and dynamics of 8 EU priority contaminants Cr, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb Zn, As, and the emerging contaminant Ag from the WWTPs in the CUB. The calculated removal rates are significant, around 80 % for the majority of metals, mainly as a result of the decantation phase. Despite this high removal efficiency, during periods of heavy rainstorms and low river discharges, the urban metal inputs via the WWTPs may still significantly increase metal concentrations and fluxes in the fluvial Gironde Estuary impacting water quality. In addition, the WWTP fluxes and concentrations of Ag exceeded common background concentrations in the Gironde fluvial estuary, making it an interesting urban tracer. The treatment within the WWTPs concentrates the trace metals in the sludge, yet, metal concentrations remained below legal norms for agricultural use. However, the analysis of WWTP sludge revealed that trace element concentrations are 15 (Ag) and 30 (Cu) times higher than natural background concentrations with high enrichment of Hg, Ag, Cr, Cu and Zn with over 70 % of Cd, Ag, Pb, Cu, and Zn being potentially bioavailable. Therefore, with increasing urban pressure on environmental quality, these results support the need for the development of efficient water quality monitoring tools

L’impact anthropique sur les cours d’eau a significativement augmenté suite à la révolution industrielle engagée par les pays occidentaux. Ainsi, les modifications de la géomorphologie des cours d’eau pour le stockage de l’eau et la navigation, la conversion des surfaces à des fins agricoles, industrielles et d’urbanisation illustrent cette pression environnementale, qui se traduit, en autre, par une augmentation de rejets de divers contaminants dans les compartiments environnementaux et notamment les rivières. Une part de ces rejets peut donc se retrouver dans les matières en suspension, considérées alors comme des puits de stockage, qui transitent dans les rivières. Les aménagements des rivières et notamment la construction de barrages favorisent alors la sédimentation de ces particules contaminées au cours du temps. Ces sédiments d’origines anthropiques, également appelés legacy sediments, sont donc les témoins des activités anthropiques et permettent de reconstruire les trajectoires temporelles des contaminations au sein des bassins versants. L’Eure, affluent majeur de l’estuaire de Seine, a connu d’importantes pressions anthropiques depuis le vingtième siècle. La reconstruction temporelle des pressions anthropiques a nécessité l’association de différentes approches méthodologiques : (i) une analyse diachronique des modifications morphologiques de la rivière a été menée, conjointement à (ii) une analyse de la dynamique sédimentaire et de la nature des dépôts sédimentaires par couplage de méthodes géophysiques, sédimentologiques et géochimiques, et à (iii) la mise en place d’un réseau de suivi du comportement hydro-sédimentaire avec un échantillonnage en continu des matières en suspensions. De profondes modifications géomorphologiques se sont produites en aval du bassin versant, avec pour principales conséquences un exutoire déplacé d’une dizaine de kilomètres en direction d’un barrage et la formation d’annexes hydrauliques favorisant l’accumulation de sédiments dès les années 1940. Ceux-ci ont permis de montrer que le bassin versant de l’Eure avait connu d’importantes contaminations dont les conséquences sont encore enregistrées malgré l’arrêt des activités ou usages. Les tendances temporelles des éléments traces métalliques et métalloïdes ont montré de fortes contaminations en As dans les années 1940 et des contaminations d’origines industrielles en Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ag et Cd durant les années 1960–1970, ainsi que des contaminations en Sb et Pb en 1990–2000. Ces dernières sont toujours enregistrées malgré l’arrêt des activités responsables des rejets, comme l’ont attesté les résultats issus des matières en suspension actuellement collectées dans le cours d’eau. A l’instar d’une majorité des métaux traces, les contaminants organiques, tels les HAPs, ont montré d’importantes contaminations durant les années 1940–1960, dont les signatures indiquent une origine majoritairement pyrogénique. Les PCBs ont montré des contaminations importantes lors de la période 1950–1970, en lien avec la production et les usages nationaux de mélanges composés en majorité de congénères faiblement chlorés. Enfin, l’intérêt porté à une troisième famille de contaminants organiques persistants, les pesticides organochlorés, a montré l’utilisation de lindane et du DDT notamment lors de la période 1940–1970, et a mis en avant d’une part une utilisation post-interdiction du lindane et d’autre part la présence d’un métabolite du DDT plusieurs décennies après l’arrêt d’utilisation de ce dernier, en lien avec l’augmentation de l’érosion des sols cultivés
The anthropogenic impact on rivers has significantly increased following the industrial revolutioninitiated by Western countries. Thus, changes in the geomorphology of rivers for water storage andnavigation, the conversion of land for agricultural, industrial and urbanization purposes illustrate thisenvironmental pressure, which results, among other things, in an increase in discharges of variouscontaminants into environmental compartments, particularly rivers. Therefore, part of these dischargescan end up in suspended particulate matter, which is then considered as storage wells, which transit inrivers. River development, particularly the construction of dams, encourages the sedimentation of these contaminated particles over time. These sediments of anthropogenic origin, also called legacy sediments, are therefore witnesses to human activities and make it possible to reconstruct the temporal trajectories of contamination within watersheds. The Eure River, a major tributary of the Seine estuary, has experienced significant anthropogenic pressures since the twentieth century. The temporal reconstruction of anthropogenic pressures has required the combination of different methodological approaches: (i) a diachronic analysis of the morphological modifications of the river was carried out, in conjunction with (ii) an analysis of the sedimentary dynamics and the nature of the sediment deposits by coupling geophysical, sedimentological and geochemical methods, and (iii) the setting up of a network for monitoring the hydro-sedimentary behaviour with continuous sampling of suspended particulate matter. Significant geomorphological changes have occurred in the lower reaches of the watershed, with the main consequences being an outlet moved some ten kilometres in the direction of a dam and the formation of hydraulic annexes favouring the accumulation of sediments as early as the 1940s. These made it possible to show that the Eure River watershed had experienced significant contamination, the consequences of which are still being recorded despite the cessation of activities or uses. The temporal trends of trace metal and metalloid elements showed strong contaminations in As in the 1940s and contaminations of industrial origin in Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ag and Cd in the 1960s and 1970s, as well as contaminations in Sb and Pb in 1990–2000. The latter are still recorded despite the cessation of the activities responsible for the discharges, as evidenced by the results from the suspended particulate matter currently collected in the river. Like most trace metals, organic contaminants such as PAHs showed significant contamination during the 1940–1960s, with signatures indicating a predominantly pyrogenic origin. PCBs showed significant contamination during the period 1950–1970, in connection with the production and national uses of mixtures composed mainly of low chlorinated congeners. Finally, interest in a third family of persistent organic contaminants, organochlorine pesticides, showed the use of lindane and DDT, particularly during the 1940–1970 period, and highlighted the post-ban use of lindane and the presence of a metabolite of DDT several decades after the cessation of its use, in connection with the increase in erosion of cultivated soils