Dissertations / Theses on the topic 'Égouts pluviaux'

Les réseaux d’assainissement se dégradent plus ou moins rapidement dans le temps. La gestion patrimoniale doit donc établir des programmes afin d’évaluer et de réduire cette dégradation. En France, le projet national RERAU (Réhabilitation des réseaux d'assainissement urbains) a proposé une méthodologie pour évaluer l’état des réseaux et ses évolutions probables et hiérarchiser des tronçons prioritaires vis-à-vis d’investigations et de réhabilitations. Cependant cette méthodologie nécessite encore des calages, des améliorations et des expérimentations pour permettre son application par les gestionnaires. La thèse constitue un prolongement des recherches menées dans le cadre du PN RERAU et s’inscrit dans le programme INDIGAU (Indicateurs de performance pour la gestion patrimoniale des réseaux d’assainissement urbains – ANR – PRGCU 2006). Le premier volet de la recherche porte sur une analyse critique des indicateurs et des critères RERAU. Ce volet comprend deux tâches : - tâche 1 : construction d’indicateurs de dysfonctionnement précis évalués à partir de résultats d’inspections visuelles. L’ensemble des observations obtenues sur un tronçon est résumé par une note qui est ensuite comparée à trois valeurs seuils. Cette tâche traite du calage des paramètres de calcul de la note de synthèse et du calage des trois seuils délimitant les quatre niveaux de gravité. Nous proposons un critère de calage qui permet de prendre en compte les impacts de plusieurs types d’erreurs possibles. - tâche 2 : analyse critique de la formulation des critères de réhabilitation de RERAU. Les formulations des critères sont modélisées numériquement afin de les tester. Des indices sont proposés et calculés pour permettre de vérifier si la formulation d’un critère est en accord avec les intentions des experts. Le second volet de la recherche présente une approche basée sur la théorie des sous ensembles flous pour les indicateurs et les critères RERAU. Nous proposons une approche floue à la fois plus robuste pour évaluer les critères et plus fine pour représenter la hiérarchie des priorités. Ce volet comprend les deux tâches suivantes : - tâche 3 : modèle de fusion des indicateurs. Le “ modèle RERAU ” ne traite pas explicitement de la qualité des données utilisées et des connaissances (règles d’agrégation). Nous proposons un modèle de fusion basé sur l’inférence floue ainsi que des règles floues dérivées des règles RERAU. - tâche 4 : indicateurs flous évalués à partir de résultats d’inspections visuelles, permettant d’exprimer l’imprécision de la transition entre deux niveaux d’état de santé. Un critère de calage d’un seuil flou est proposé. Les méthodes de calage proposées sont expérimentées avec des données issues du projet INDIGAU. Les résultats obtenus démontrent la valeur opérationnelle de nos propositions
The condition of urban sewer networks is deteriorating over time. To face this ageing process, sewer asset management has to defme suitable programs for assessing and limiting degradations. In France, the R&D RERAU programme proposed a methodology to assess the current condition and likely evolution of sewer pipes, and to decide which sewer segments are priority projects for investigation or for rehabilitation. However, this methodology needs further calibrations, improvements and experiments to enable its implementation in waste water utilities. These needs are tackled by this research that is part of the INDIGAU project (Indicateurs de performance pour la gestion patrimoniale des réseaux d'assainissement urbains- ANR- PRGCU 2006). The fi. Rst part of this research is a critical analysis and improvements of indicators and criteria that were developed within the RERAU programme. This part consists oftwo tasks: -task 1: construction of crisp dysfunction indicators derived from visual inspection data. -task 2: critical analysis of the formulation of rehabilitation criteria. The second part of this research deals with fuzzy indic a tors and fuzzy aggregation. This part consists oftwo tasks: -task 3: fuzzy rules for assessing rehabilitation criteria. -task 4: calibration process of fuzzy eut-off thresholds for evaluating performance indicators derived from visual inspection data. The proposed calibration processes have been experimented, within the INDIGAU project, with data provided by French utilities. The results obtained demonstrate the operational value of our proposals

L’objectif de ces recherches est de contribuer à améliorer la gestion des résidus de l’assainissement pluvial : sédiments de bassins et de fossés, balayures de voiries. Les quantités importantes de sédiments pollués, avec des concentrations en hydrocarbures totaux, HAP et éléments traces souvent supérieures aux valeurs de référence pour les sols pollués ainsi que l’évolution de la réglementation, ont fait de cette problématique un enjeu environnemental et économique considérable. Le travail réalisé se décompose en deux parties avec d�����une part, la mise en œuvre de traitements physique et biologique et d’autre part, la détermination des filières potentielles de valorisation. L’étude de traitabilité réalisée en laboratoire montre que les polluants sont majoritairement présents au niveau des particules fines. Ces particules sont « libres » et facilement séparables par tri granulométrique, ou agglomérées et nécessitent alors une étape supplémentaire d’attrition pour permettre leur désagrégation et leur séparation granulométrique. Le protocole mis au point a permis, après optimisation des différents paramètres opératoires, de concentrer les polluants au sein des particules fines (< 80 µm) et de dépolluer jusqu’à 75 % de l’échantillon brut. Ces résultats ont débouché sur la conception d’une unité pilote, nommée ATTRISED, conçue selon le principe établi en laboratoire tout en respectant les contraintes techniques et économiques actuelles. Les séparations granulométriques (par tamis statique et vibrants et par hydrocyclones), couple��es à l’étape d’attrition permettent d’atteindre des rendements de dépollution de 75 % pour les balayures de voiries et de 70 % pour les résidus de bassin. En parallèle, la mise en place d’un traitement biologique (landfarming) a montré des pourcentages d’élimination des hydrocarbures totaux compris entre 50 et 80 %. Les résidus traités ont également été caractérisés d’un point de vue géotechnique afin de définir les filières potentielles de valorisation en construction routière (remblais, couches de forme…). L’ensemble de ces résultats a conduit à l’estimation économique d’une unité mobile de traitement et pourra servir à l’élaboration d’un guide pour les gestionnaires de bassins et voiries de manière à leur apporter des méthodes et solutions efficaces pour le traitement et la valorisation des produits de l’assainissement pluvial
The objective of this research is to contribute to improve the management of storm-water sediments, i. E. Sediments from ponds and ditches, and street sweeping sediments. This is a major environmental and economical stake, due to the large quantities of polluted sediments (hydrocarbons, PAH and trace elements concentrations are often above the standards for polluted soils) and to changes in laws. This work comprises 2 parts : the implementation of physical and biological treatments on the one hand, and the determination of the possibilities of re-use on the other hand. The treatability study carried out in the laboratory shows that the pollutants are mainly in the fine particles. These fines are either “free” and can be easily separated by sieving, or binded requiring, therefore, an attrition step to allow their desagregation and their separation. The protocol was optimized, allowing to concentrate the pollutants in the fine particles (< 80 µm) and to clean up 75 % of the bulk sediment. These results enabled us to develop the ATTRISED pilot plant based on the same principles as those used in the laboratory study, while taking into account actual technical and economical criteria. Particle size separations (static and vibratory screens) coupled to the attrition step allow depollution rates of 75 % and 70 % for street sweeping and pond sediments, respectively. A biological treatment (landfarming) was also carried out on these sediments showing a 50 to 80 %-decrease in total hydrocarbons. In order to identify the possibilities of re-use of the treated sediments in road construction (embankments…), geotechnical tests were also carried out. These results lead us to the economic assessment of a mobile treatment unit. The results will also be useful for the preparation of a guide providing pond managers with efficient solutions for the treatment and re-use of storm-water sediments

Par temps de pluie, les déversoirs d'orage ont pour rôle d'évacuer le surplus d'eaux pluviales vers les cours d'eau récepteurs. Ces "Rejets Urbains par Temps de Pluie" véhiculent une partie des éléments polluants accumulés par temps sec du fait des activités humaines : matières organiques, hydrocarbures, métaux, bactéries pathogènes, etc. L'impact de ces rejets est évalué sur des communautés périphytiques naturelles, qui sont exposées, en laboratoire, dans deux systèmes artificiels, en conditions statiques (batchs) ou dynamiques (canaux artificiels). Des descripteurs structurels (biomasse totale et algale, dénombrement bactérien), fonctionnels (activités enzymatiques leucine aminopeptidase et ß-glucosidase) et physiologiques (intégrité membranaire) sont suivis. La réponse du périphyton dépend des conditions expérimentales (dispositif artificiel), et plus particulièrement des facteurs d'exposition : durée d'exposition, vitesse d'écoulement

Le diagnostic et la réhabilitation des réseaux d’assainissement urbain demandent une acquisition de données et une modélisation des systèmes et de leurs composants (tronçons de collecteurs et de conduites, etc. ,. . . ). Notre travail porte sur l’organisation de ce diagnostic, en étudiant un certain nombre de questions telles que celles-ci : *Quelles informations acquérir pour étudier l’état structurel et l’état fonctionnel d’un parc de collecteurs visitables ? *Comment définir des priorités dans la recherche des informations ? *Quels problèmes de fiabilité peut-on identifier dans le cadre d’une procédure hiérarchisée ? *etc. . . . Le mémoire aborde ces différents aspects à travers trois grandes parties. Divisée en trois chapitres (1 à 3), la première partie traite de généralités et expose la problématique. Dans le premier chapitre, pour mieux comprendre l’évolution de leur maintenance à travers les années, nous avons tracé l’histoire des réseaux techniques urbains, en nous appuyant sur quelques résultats d’enquêtes pour illustrer le mauvais état de ces réseaux. Dans le deuxième chapitre, il nous a semblé important de prendre le temps de définir les termes clés qui seront utilisés dans notre travail, tout en proposant que ces définitions soient à la base d’une terminologie commune aux différents acteurs de ce domaine pluridisciplinaire. Dans le troisième chapitre nous présentons les résultats de l’étude bibliographique menée sur les différents outils de reconnaissance, et qui peuvent être utilisés au cours d’une étude diagnostic. Ces outils concernent les trois types de pré-diagnostic : géométrique, hydraulique et d’étanchéité, et géotechnique et hydrogéologique. Dans la deuxième partie nous présentons un schéma conceptuel du diagnostic, en partageant la présentation en quatre chapitres (4 à 7). Au chapitre quatre, nous passons en revue les différentes interactions entre un ouvrage d’assainissement et ses différents environnements, et exposons le comportement des ouvrages dans ces différents contextes. Nous nous intéressons surtout aux moyens de mise en forme des connaissances ainsi formulées, ceci à travers une proposition d’adaptation, au cas des réseaux d’assainissement urbain, du diagramme des causes-conséquences, élaboré dans le domaine de la sûreté industrielle. Pour mener à bien cette mise en forme, nous avons défini deux grandes familles de données : les données de base, nécessaires à un bon diagnostic, sont détaillées au chapitre 5 ; et les données d’orientation utiles pour guider le décideur dans sa démarche le sont au chapitre 6. Pour les unes comme pour les autres, nous avons exposé les différents moyens d’acquisition, suivant le niveau de finesse considéré. Pour mieux illustrer la proposition du schéma conceptuel, nous avons détaillé au chapitre 7 cinq exemples de mécanismes de dégradation relatifs aux ouvrages ovoïdes visitables : affaissement de voûte, ventre, divergence des piédroits, affaissement de radier, et éclatement de l’ouvrage. La troisième et dernière partie présente deux moyens d’application directe du schéma conceptuel proposé : une première à travers l’évaluation de l’état possible de l’ouvrage (chapitre 8), et le deuxième à travers l’étude de son historique et de la vulnérabilité de ses environnements, dans le cadre d’une démarche d’aide à la décision (chapitre 9). Suite à l’application de l’étape 1 de la méthodologie RERAU1 sur 206 tronçons de la Communauté Urbaine de Lyon, nous proposons au chapitre 8 la mise en place de deux types d’indices de présomptions : des "indices de présomptions a priori" évalués à partir de la recherche des facteurs de dégradation présents sur le tronçon considéré, et des "indices de présomptions d’après symptômes" évalués à partir des relevés de défauts réalisés sur le tronçon. Une première utilisation de ces indices est faite à travers l’exploitation des données disponibles sur un parc d’ouvrages de la Communauté Urbaine de Lyon, ainsi que sur un certain nombre d’ouvrage en Ile-de-France. Au chapitre 9 nous présentons les premiers éléments de la mise en place d’un Système de Gestion de la Maintenance des Réseaux d’Assainissement Urbain. Ce système est complété par la présentation des indices de criticité relatifs aux environnements naturels et urbains. Dans la conclusion générale nous dressons un bilan critique de notre travail. Il porte sur le schéma conceptuel proposé, sur les connaissances et les données disponibles, sur les indices de présomptions proposés et leurs premières applications. Des perspectives sont énoncées concernant la poursuite de ces recherches et la mise en oeuvre d’une aide au diagnostic chez les gestionnaires de réseaux d’assainissement urbain
Urban drainage networks and sewer systems evaluation and diagnosis, in the aim of their rehabilitation, need data acquisition, and system and components modelling. Our work deals with the organisation of diagnosis studies through a certain number of questions as : •Which informations should be acquired to enable the study of the structural and functional state of men-entry sewer and urban drainage networks estate ? •How can priorities be defined in data acquisition ? •Which reliability problems can we identify in an hierarchised process ? •etc. . . . . The report tackles with these aspects through three major parts. Divided into three chapters (1 to 3), the first part treats of generalities and exposes the problem. In the first chapter, to be able to understand the evolution of their maintenance through the years, we traced the history of urban technical networks, and illustrated their "bad health" by using the results of several international surveys. In the second chapter, it seemed important to us to take time and defined the terms used in our work, definition then proposed to be a common terminology between the different actors of this multidisciplinary field. In chapter 3 we present the results of the bibliographical study concerning the different recognition tools, which can be used through a diagnosis study. Three types of pre-diagnosis are concerned by these tools : geometrical, hydraulics and of waterproofness, and geotechnical and hydrogeological. In the second part we present a conceptual schema of the diagnosis, which is divided into four chapters (4 to 7). In chapter 4, we go through the different interactions between sewer and urban drainage networks on one side, and their different environments on the other side. Further more, we expose the component’s behaviour in these different contexts. In fact, we are most interested in using this knowledge to put in place the adaptation to the urban drainage and sewer networks of the causes-consequences diagram elaborated in the industrial safety studies. To put in place this idea, we defined two "great families" of data : basic data which are necessary for a good diagnosis, and that are detailed in chapter 5 ; and the orientation data useful to guide the decision makers through a diagnosis study, and that are detailed in chapter 6. For both families, we exposed the different means of data acquisition at different levels of fineness that can be considered. To illustrate our conceptual schema proposal, we present in chapter 7 five examples of degradation mechanisms relative to egg-shaped men-entry sections : crown collapse, belly, divergence of haunches, floor collapse, and section shattering. In the third part we present two direct applications of the conceptual schema : the first is done through the evolution of the possible state of the section studied (chapter 8) ; and the second is done through the study of the history of the section studied as well as of the vulnerability of its environments, in the process of a decision making aid (chapter 9). After the application of the first step of the RERAU1 methodology on 206 sections of the Communauté Urbaine de Lyon sewer and urban drainage networks, we propose in chapter 8 to put in place two types of presumption indexes : "a priori presumption index" evaluated by studying the degradation factors present within and around the section studied ; and "presumption with respect to symptoms index" evaluated through the results and the degradations noted during the surveys made upon the section studied. A first application of these indexes is made by using data available on a certain number of sections of the sewer and urban drainage networks estate of the Communauté Urbaine de Lyon and in the Ile-de-France. In chapter 9 we present the first elements needed for putting in place a sewer and urban drainage networks Maintenance Management System. This system is completed by presenting the indexes of criticity relative to the natural and urban environments. In the general conclusion we draw up a balance sheet of our work. It deals with : the conceptual schema proposed ; the knowledge and data available ; the presumption indexes proposed as well as their first application. The perspectives stated are relative to the carrying on of the research, and to the implementing, for the sewer and urban drainage networks managers, of a diagnosis aid system

La pérennité des conduites enterrées est devenue la préoccupation majeure des gestionnaires des réseaux d’assainissement urbains. La compréhension des mécanismes de détérioration de ces ouvrages est un préalable à une amélioration aussi bien de leur conception ou des pratiques d’installation que de leur gestion optimale. Dans ce contexte, la démarche adoptée consistait d’abord à identifier de tels mécanismes, par une analyse statistique des désordres observés sur le réseau du Grand Lyon, puis d’en donner une description en utilisant un modèle numérique tridimensionnelle d’une conduite enterrée. Ce modèle a été construit de manière à intégrer l’ensemble des composantes gouvernant le comportement de la conduite et en particulier le joint. Le comportement mécanique de ce dernier, n’étant pas connu, a fait l’objet d’une caractérisation mécanique par des essais en laboratoire sur des conduites réelles
As a consequence of their aging, the performance of buried pipes has become a major concern for the urban sewer systems managers. Improvement of both the pipe design and its installation conditions or a more efficient management requires first a comprehension of phenomena that lead to pipe deterioration. This research starts a new long-term and multidisciplinary topic where the study of the structural pipe degradation in relation with soil condition represents only one part of the whole extent. Within this context, our approach consists in first identifying such phenomena, then describing their effects on sewers. This PhD thesis is composed of three different parts. In the first part, a statistical analysis of failures affecting the Greater Lyon sewer network and the factors that are likely to make them appear is achieved in order to determine in what circumstances these failures occur. It is then possible to identify some of the mechanical processes that may generate the pipe deficiencies. It appears that the phenomena identified as having a major influence on the pipe behaviour are completely ignored by the current design standards. The second part is dedicated to the experimental characterization, via laboratory tests, of the mechanical behaviour of the most unknown part of the sewer pipe: the joint. A rheological model of its behaviour under three types of loading is developed so that it can be easily adapted to all kinds of joint with rubber gaskets. The last part regards a numerical 3D modelling of a trench and a pipe which includes all the major parameters having a significant influence on the pipe behaviour. A numerical representation of the joint is based on the lab test results, while the rest of the model is validated with the results from the literature. This numerical modelling is then used to investigate the influence of the soil variability within the trench, particularly focusing on the longitudinal pipe behaviour

Les technologies alternatives sont des nouvelles solutions de l'assainissement pluvial. Regulatrices et decentralisatrices, elles combinent stockage et infiltration afin d'amortir les debits ruisseles dus a l'augmentation de l'urbanisation. Dans ce memoire, nous avons mis en evidence la triple complexite de ces techniques: structurelle, phenomenale et fonctionnelle. Apres identification des actions necessaires, nous avons choisi de conduire un travail sur une approche methodologique adaptee aux specificites des technologies alternatives, a leurs contraintes comme a leurs opportunites. Une methode d'aide a la conception et au choix des techniques est proposee. Ses principales phases sont: la finalisation du projet qui correspond a la definition des objectifs, des fonctions de l'amenagement et des criteres de selection des solutions; l'imagination de principe de solutions conformes aux objectifs et adaptees au site; l'evaluation afin d'etablir le profil des solutions suivant differents criteres; le choix de la proposition qui satisfera les objectifs. En application de cette methode, nous proposons: l'etablissement d'un cahier des charges d'un outil informatique aidant la phase d'evaluation multicritere des solutions; l'etude d'un cas reel validant notre demarche

En ville, les eaux pluviales sont parfois collectées et infiltrées à travers des bassins d’infiltration (BI). Cette pratique pourrait conduire au transfert de pollution de la ville vers les nappes d’eaux souterraines. Cette étude a eu pour but d’apporter des éléments de réponse à la question suivante : les sédiments déposés à la surface des BI par l’infiltration des eaux pluviales constituent-ils une source de pollution ? Par la caractérisation biophysicochimique de différents prélèvements de sédiments, nous avons montré que l’état physicochimique et biologique de la couche sédimentaire évolue en fonction de l’état hydrique des BI. L’agrégation a été particulièrement étudiée. Les rôles agrégeant de la matière organique, de certains microorganismes et des faibles teneurs en eau ont été soulignés. Nous avons notamment observé la distribution préférentielle de molécules organiques de haut poids moléculaires et de Cyanobactéries dans les agrégats. Par l’étude de la fraction mobilisable lors du pas-sage de l’eau, nous avons montré que l’état physicochimique et biologique des sédiments influence leurs capacités de relargage de contaminants. La mobilisation de particules, de contaminants métalliques, organiques et de bactéries est plus importante à partir de sédiments humides. Plus que la seule teneur en eau, l’historique hydrologique récent des sédiments semble un paramètre déterminant leur capacité de relargage : récemment perturbés, ils relargueraient plus. Cette thèse invite à considérer les sédiments issus de l’infiltration des eaux pluviales non plus seulement comme des matériaux pollués et une source de transfert de contaminants, mais aussi comme des milieux de surface riches en nutriments et en diversité microbiennes, jeunes et aux conditions de vie extrêmes
In urban area, stormwater are often collected and infiltrated towards infiltration basin (IB). Then, contamination could be transferred from city to groundwater resources. This study provides pieces of answer to the following issue: are the deposited sediment at the surface of IB during stormwater infiltration a contamination source? By characterization of various sediment samplings, the sediment biological and physicochemical state was shown to change with the hydric status of the IB. Aggregation was particularly studied. Influences of Organic Matter (OM), microorganism and low water content in aggregation processes were underlined. Preferential distribution of high molecular weight organic compounds and Cyanobacteria inside aggregates were notably observed. By the study of the mobile fraction of sediments when water pass through, we have shown that the ability of contaminant to be leached from sediments changes with the biological and physicochemical characteristics of the sediment. Particles, heavy metals, organic compounds and bacteria were highly leached from moist sediment than from dry one. Results demonstrated that not only water content is influent but also the hydrologic former history: leaching from recently disturbed sediment is higher. This work suggests to consider the sedimentary layer at the surface of IB not only as contaminated material and potential source of contamination but also as nutrient-rich, microbial-biodiverse, young and with extreme living conditions material

Ce travail de thèse a pour objet de définir des modèles et des outils permettant de mieux appréhender le fonctionnement hydrologique des chaussées à structure réservoir servant au stockage temporaire et au drainage des eaux pluviales. Il a pour but de fournil· des outils pour leur conception et leur comportement à différentes échelles spatiales. Ce mémoire est présenté en 4 parties : -La première partie définit le contexte de la recherche en faisant un point sur l'état de l'assainissement pluvial actuel, sur réémergence des techniques alternatives dont font partie les chaussées à structure réservoir, et enfin en, présentant les différentes formes que peuvent prendre ces ouvrages. A partir d'une typologie des problèmes rencontrés pour la compréhension de leur fonctionnement global, des axes de recherche sont proposés ; ce qui permet de mieux circonscrire le travail de thèse que nous proposons. - La deuxième partie est consacrée à la présentation et à la critique des différents modèles permettant de représenter le fonctionnement hydrologique d'une [chaussée à structure réservoir. A l'issue de cette partie une classification des différents modèles est proposée. - La troisième partie pose les bases d'un modèle conceptuel de chaussées réservoirs régulées ou non à l'aval et propose son calage à partir de mesures réalisées sur des sites expérimentaux dont deux ont été instrumentés et suivis par nos soins. Cette partie se termine par l'examen de la validation du modèle. -Enfin, une quatrième partie présente les résultats d'une étude de comparaison des outils de conception et de simulation des structures réservoirs pour des situations types
The major goal of the present thesis is to define models and tools which will help to foresee the hydrological functioning of porous pavement structures. In the meantime, tools for their conception and their behavior modelisation at different space scales will also be given. The study is presented in 4 different parts: - the first part defines the general context of research by presenting, on the first hand, the actual states of storm urban drainage and of the growing use of alternative techniques - of which porous pavement structures -, and on the second hand, the different forms that can adopt these particular structures. From the problems observed through the comprehension of their global functioning, new domains of research will be proposed. -The second part of the thesis is dedicated to the presentation, the criticism and the classification of different models used to define the hydrological functioning of porous pavement structures. The third section of the study fixes the bases for a conceptual model of both regulated and non-regulated porous pavement structures and proposes its calibration with data from two of our own experimental sites. This section ends, with the validation of the conceptual model. Finally, the fourth section shows the results of a comparison between different porous pavements conception and modelisation tools under typical situations

L'objectif principal de ce travail est d'évaluer la sensibilité des modèles de calcul des flux polluants en réseaux d'assainissement et des résultats de leurs applications, aux données expérimentales utilisées pour le calage. L'approche adoptée est fondée sur une analyse statistique des résultats de calage et des simulations d'études de cas, obtenus avec des jeux de données de calage de tailles et de caractéristiques différentes, générés aléatoirement à partir d'un jeu de données relativement riche. Trois approches différentes de modélisation ont été étudiées : concentration caractéristique, concentration moyenne événementielle et approche détaillée. Pour les approches par concentration caractéristique et par concentration moyenne événementielle, les données pour trois polluants (DBO, DCO et MES) sur treize bassins versants ont été utilisées. Pour l'approche détaillée et pour les études de cas, seul le bassin versant du Marais à Paris a été étudié et uniquement pour les MES. Cette recherche a montré que, dans la pratique courante des gestionnaires des réseaux d'assainissement et des bureaux d'études, le nombre d'événements utilisés pour le calage est notablement insuffisant et qu'un effort particulier doit être fait pour disposer d'événements mesurés plus nombreux et de meilleure qualité. Concernant la concentration moyenne caractéristique, dans les cas les plus défavorables que nous avons étudiés, une centaine d'événements mesurés serait nécessaire pour atteindre un niveau d'incertitude de +/- 25 %. Les résultats des deux autres approches montrent qu'une vingtaine d'événements mesurés serait nécessaire pour avoir un modèle raisonnablement satisfaisant dans le cas de l'approche par concentration moyenne événementielle et la moitié pour l'approche détaillée. Les études de cas types nous ont permis de favoriser certaines approches de modélisation pour une étude et des conditions données. D'une part, nous avons trouvé que les approches simples sont avantageuses pour le calcul des masses rejetées sur le long terme et qu'elles le sont moins dans le dimensionnement des ouvrages de stockage et de traitement. D'autre part, l'utilisation de l'approche détaillée change significativement les dimensions des ouvrages de stockage et de traitement par rapport à un dimensionnement uniquement hydraulique
Stormwater quality simulation models are useful tools for the design and management of sewer systems. Modelling results can be sensitive to experimental data used for calibration. This sensitivity is examined for three modelling approaches of various complexities (site mean concentration approach, event mean concentration approach and build-up, washoff and transport modelling approach) applied to a dry detention pond design case study, accounting for the variability of calibration data and their effect on simulation results. Calibrated models with different calibration data sets were used to simulate three years of rainfall with different detention pond volumes. Annual pollutant load interception efficiencies were determined. Simulations results revealed i) that there is no advantage in using the EMC model compared to the SMC model and ii) that the BWT model resulted in higher design ratios than those given by the SMC/hydraulic approach. For both EMC and BWT models, using an increasing number n of events for calibration leads to narrower confidence intervals for the design ratios. It is crucial for design ratios to account for successive storm events in chronological order and to account for the maximum allowable flow to be transferred to the downstream WWTP

Dans le cadre de la reduction des rejets d'eaux pluviales chargees en matieres en suspension, au detriment de la qualite des hydrosystemes, la decantation s'avere un moyen de traitement efficace mais concerne souvent de grands volumes d'effluents. La modelisation mathematique des differents phenomenes en jeu, aussi bien du point de vue de l'hydraulique, que de celui du transport en suspension peut permettre de controler a la fois les parametres favorisant la sedimentation des particules polluantes et d'optimiser la debitance des ouvrages. Dans ce but, ce travail s'attache a comparer aux quelques mesures de taux de decantation disponibles, differents outils, codes numeriques de complexite variable et methodes simples, appliques a des ouvrages de decantation a debit traversier de geometrie rectangulaire. Une revue bibliographique expose tout d'abord differentes notions sur le transport en suspension et la decantation en ecoulements turbulents ainsi que les nombreux modeles developpes dans ce domaine. Puis, apres avoir presente un code de simulations hydrodynamiques et quatre codes de transport en suspension a notre disposition, ceux-ci sont confrontes, d'une part a un modele simple, d'autre part a deux etudes experimentales precedentes concernant un decanteur sur site et un modele reduit, en regime permanent. Les resultats sont diversement satisfaisants selon les types d'ecoulement, les configurations geometriques et les caracteristiques des particules en presence. En l'etat, dans ce type de geometrie, le nombre important de facteurs a integrer dans les simulations font que les codes les plus complexes n'apportent pas toujours des informations sur le fonctionnement des ouvrages plus fiables que les methodes classiques de dimensionnement, qui, pourtant simplifient excessivement la realite. Enfin, les divers modeles sont appliques a une typologie de bassins de stockage-depollution permettant de preciser ces facteurs preponderants et d'evaluer leurs domaines de validite

Les Rejets Urbains par Temps de Pluie (RUTP) contiennent des polluants, sous forme soluble ou particulaire, issus du lessivage des bassins-versants qu’ils drainent. Ces rejets sont le plus souvent déversés dans les milieux récepteurs, en particulier les cours d’eau péri-urbains, sans traitement préalable. Il en résulte, dans certaines configurations, un risque de toxicité pour les écosystèmes des milieux concernés. Cette thèse propose 2 démarches méthodologiques pour évaluer les risques écotoxicologiques (EDREcotox) liés à un tel scénario: une démarche a priori et une démarche a posteriori. La démarche a priori a été développée selon 3 approches complémentaires de caractérisation des effets écotoxicologiques: i) une «approche substances», ii) une «approche substances avec effets combinés» et iii) une «approche matrice». Cette démarche a priori a été par la suite appliquée à un scénario d’une ville française et à un scénario d’une ville haïtienne. Pour une optimisation de la méthodologie proposée dans le cadre de la démarche a priori, nous avons procédé, dans un premier temps, à une étude de l’écotoxicité et des effets combinés des principaux polluants généralement présents dans les RUTP, vis-à-vis de Daphnia magna puis de Pseudokirchneriella subcapitata. En ce qui concerne l’«approche matrice», nous avons procédé à une caractérisation écotoxicologique d’échantillons de RUTP provenant des 2 sites étudiés. La démarche a posteriori a été développée sur la base d’une comparaison entre un «état amont» et un «état aval», par rapport au point de déversement des RUTP dans la rivière du site français, pour 3 horizons (eau de surface, zone benthique et zone hyporhéique). L’application de ces 2 démarches méthodologiques a conduit à des résultats cohérents qui mettent en évidence un risque important pour les organismes du cours d’eau récepteur, avec une accentuation de ce risque pour les organismes des zones benthique et hyporhéique. Au titre des perspectives, la poursuite du développement de ces premières méthodologies pourra prendre en compte certains aspects additionnels comme la biodisponibilité des polluants, leur bioaccumulation, etc
The Urban Wet Weather Effluents (UWWE) contain pollutants in dissolved or particulate form, resulting from the wash-off of the associated watershed. These effluents are generally discharged in the receiving waters, particularly in the periurban watercourses, without preliminary treatment. In some cases, this situation results in observing, in some cases, a risk of toxicity for the ecosystem of the related mediums. This study proposes 2 methodological frameworks to assess the ecotoxicological risks (EDREcotox) related to this specific scenario: an a priori framework and an a posteriori framework. The a priori framework was developed according to 3 complementary approaches to characterize the ecotoxicological effects : i) a substances approach ; ii) a substances with combined effects approach ; iii) a whole-effluent approach. This a priori framework was applied thereafter to a scenario of a French city and to a scenario of an Haitian city. In order to optimize the a priori framework, we realized firstly a study of the ecotoxicity and of the combined effects of the main pollutants found in UWWE on Daphnia magna and then on Pseudokirchneriella subcapitata. With regard to the whole-effluent approach, we carried out an ecotoxicological characterization of UWWE samples coming from the 2 studied sites. The a posteriori framework was based on the comparison between an ?upstream state and a downstream state, both compared to the UWWE discharge point in the stream of the French site, for 3 compartments (surface water, benthic zone and hyporheic zone) of this stream. The application of these 2 methodological frameworks led to coherent results which highlight an important risk for the organisms of the receiving stream, with an emphasizing of this risk for the organisms of the benthic and hyporheic zone. For further developments, we propose to optimize these methodologies by taking into account additonnal aspects such as bioavailability, bioaccumulation of these pollutants

Située à la confluence des fleuves Chari et Logone, bâtie sur un substrat argileux et plat, la ville de N'Djamena capitale du Tchad connaît à chaque saison des pluies, des inondations dûes aux crues du Chari, à ses différents affluents et aux eaux de son propre impluvium. A ces inondations naturelles s'ajoutent les nombreuses carrières d'extraction de sable et de briqueteries disséminées dans toute les périphéries de la ville entraînent la stagnation des eaux. Enfin, l'insuffisance des réseaux de drainage, l'omniprésence des immondices qui les colmatent ne font qu'amplifier les stagnations. Bien que l'Etat ait initié plusieurs projets de drainage et d'assainissement avec l'aide de la coopération internationale, le problème demeure constant. Cette situation aura pour conséquences, l'installation à chaque saison des pluies, d'épidémies de choléra, de fièvre typhoi͏̈de, de paludisme car, dans les mares omniprésentes, se déposent des matières fécales entraînées par le ruissellement. Toutes ces contraintes rejaillissent sur la gestion de la ville qui devient chaque jour de plus en plus difficile, entraînant avec elle la dégradation du cadre de vie urbain. Dans cette thèse, nous avons voulu apporter des connaissances sur le mode de gestion de l'assainissement de la ville ; ensuite, par de nombreuses analyses cartographiques et statistiques, par des enquêtes, appréhender les relations qui existent entre les contraintes du site et son organisation, noter les dysfonctionnements résultants de cette dernière et proposer des solutions afin de réduire les conséquences du manque d'assainissement
Situated to the confluence of Chari rivers and Logone, built on an clayey substratum and flat, N'djamena the city of Chad knows to each season of rains, owed floods to the believed ones of Chari, to its different tributaries that the crossing, but also to the waters of his own impluvium. To these natural floods add the numerous sand careers extraction and of disseminated brickworks in all the outskirts of the city in which ones the stagnations of waters themselves perpetuate. At last, the insufficiency of drainage networks, the omnipresence of the rubbish that plug these networks do only amplified the stagnations. Although the state initiated several drainage projects and of improving of sanitation with the help of the international cooperation, the problem of floods remains constant. This position already preoccupying will have for consequences, the installation to each season of rains, of cholera epidemics, of typhoid fever, of malaria. . . In the omnipresent pool, deposit themselves faeces matters induced by the runoff. Thus, all these constraints gush out on the management of the city that becomes each more and more difficult day, inducing with her, the degradation of the life framework. In this thesis, we wanted to bring knowledge on the management of the improving sanitation method of the city; next by many cartographical analyses and statistical, by investigations, grasp the relations that exist between the constraints of the site and his organization, note the resultant failure of this last one and propose solutions in order to reduce the consequences of the improving sanitation lack

L’infiltration directe des eaux pluviales urbaines dans les formations superficielles des pays en développement constitue un risque de contamination à la fois pour ces formations et/ou pour les eaux souterraines sous-jacentes. Cette thèse s’est focalisée sur cette problématique environnementale dans laquelle nous avons étudié le transfert réactif de trois métaux lourds (Pb, Cu et Cd) dans une formation géologique représentative : alluvions fluviatiles de la plaine du Cul-de-sac à Port-au-Prince (Haïti). Un « sol modèle » provenant du site d’étude, fraction granulométrique ≤ 2 mm considérée comme la plus réactive, a été utilisé et soumis à des solutions chargées en ions métalliques suivant deux conditions expérimentales distinctes : essais en conditions statiques (batch) et en conditions dynamiques (colonne). Les résultats obtenus à partir de ces dispositifs expérimentaux ont mis en évidence les mécanismes de rétention ou de relargage des ions métalliques dans les formations géologiques de Port-au-Prince. Les résultats en batch ont montré que la compétition entre deux ou plusieurs cations pour les mêmes sites actifs du sol peut inhiber leur sorption individuellement. Les résultats en colonne ont prouvé le caractère réactif du sol vis-à-vis des trois métaux, dont environ 99, 94 et 92 % respectivement de cadmium, de plomb et de cuivre ont été retenus dans la matrice solide. L’étude des interactions entre les métaux et l’échantillon de sol à l’aide du code PHREEQC ont montré qu’une partie des métaux a été précipitée sous la forme de carbonates (cérusite et otavite) et d’hydroxydes, et que le comportement physico-chimique des trois métaux dans le sol a été également influencé par l’échange ionique. Toutefois, les métaux retenus sont susceptibles d’être relargués et remobilisés sous l’effet d’un changement brusque des conditions acido-basiques du milieu poreux, représentant ainsi un risque de pollution pour les eaux souterraines
[Direct infiltration of urban stormwater towards superficial formations in developing countries constitutes a contamination risk for both those formations and/or subjacent groundwater. This thesis was focused a round this environ mental issue in which we have studied the three heavy metals (Pb, Cu and Cd) reactivity du ring their transfer related to urban stormwater infiltration in the alluvial formations of the Cul-de-sac Plain in Port-au-Prince. A "model soil " from the area study, with grain size s 2 mm considered as the most reactive, have been used and subjected to metal ions solutions according two different experimental conditions : static (batch) and dynamic (column) experiments. Results from these experimental deviees highlighted the retention or release mechanisms of these metal ions in the pedological medium of Port-au-Prince. Results from batch studies have showed that the competition between two or several cations for the sa me active sites in soils can inhibit the ir sorption individually. Results from columns proved the reactive character of the soil sample for the three metal ions, where approximately 99, 94 and 92% respectively for Cd, Pb and Cu have been retained on the soil. The study of the interactions between metals and the soil sample using PHREEQC code have showed that metals precipitation in a carbonated (cerrusite and otavite) and hydroxides forms and the ion exchange reactions are strongly contributed to this retention. However, these metals can be released or remobilized in the soil related to an abrupt change of the acido-basic conditions of the porous media, then representing a pollution risk for groundwater. ]

Aspects generaux de la pollution du ruissellement pluvial urbain, analyse statistique permettant de tirer des conclusions sur les parametres ayant une influence sur l'accumulation et l'entrainement de la pollution a la surface des bassins versants, et modelisation de l'entrainement de la pollution (presentation de deux modeles)

En 1996, une nouvelle norme (NF EN 752-2) concernant la conception des réseaux d'assainissement est parue. Elle abandonne la notion de période de retour d'évènements pluvieux pour s'appuyer sur celle de période de retour de dysfonctionnement (mise en charge ou débordement). Si ce choix est fondamentalement judicieux, il n'en reste pas moins qu'il n'existe pas actuellement de méthode permettant de dimensionner directement canalisations et bassins de rétention selon cette notion. La question se pose donc de savoir comment les "anciennes" méthodes basées sur le concept de pluie de projet répondent à cette nouvelle exigence réglementaire. L'étude décrite ci-après a pour objectif d'apporter des éléments de réponse. Basée sur une analyse statistique des pluies, d'une part, et des débits et volumes qu'elles génèrent sur un réseau test synthétique, d'autre part, elle montre que, pour les canalisations, l'utilisation de pluies de projet répond à la norme NF EN 752-2 mais qu'elles n'optimisent pas le dimensionnement et que, pour les bassins de rétention, cette même méthode n'apporte pas de certitude quant au respect de la norme NF EN 752-2.

La mise en place de la BDU ou de SIG nécessite de nombreuses données d'un coût très conséquent. La cause essentielle de ce coût important est l'énorme masse d'informations à emmagasiner, mais également la précision de ces données. Nous nous sommes alors demandés si l'acquisition de données précises était nécessaire vis-à-vis de leur utilité. Nous avons donc décidé de tester l'influence de la précision des données sur un domaine porteur qui est l'assainissement. Nous allons plus particulièrement nous intéresser aux simulations hydrauliques par le modèle Muskingum, des réseaux d'assainissement. Notre choix s'est fixé sur les coordonnées planimétriques et altimétriques décrivant les réseaux, mais nous avons également voulu tester un paramètre qui était très souvent inconnu : la rugosité des conduites. Nous avons tout d'abord mis au point une méthode de comparaison entre un réseau comportant des données correctes, et un réseau composé de données imprécises. Cette méthode nous a permis de montrer que de fortes imprécisions en planimétrie n'influençaient guère les débits. Par contre des imprécisions en altimétrie ou une rugosité engendraient de plus ou moins grosses fluctuations. Nous avons également déterminé que l'évolution des écarts obtenus dépendait essentiellement de la pente des réseaux et de l'intensité de la pluie utilisée : plus la pente ou la pluie étaient faibles, plus les écarts étaient importants. Nous avons ensuite comparé les écarts obtenus en introduisant des imprécisions à ceux obtenus en comparant les modèles BSV et Muskingum, et nous avons montré que le choix du modèle n'était pas forcément prioritaire vis-à-vis de la qualité des données, lorsque nous avions des valeurs faibles pour les pentes ou la ramification des réseaux, le taux de remplissage ou le taux de parcours. Nous terminons notre étude sur différentes perspectives envisageables : généralisation des réseaux types à des réseaux réels, étude de sensibilité des imprécisions des données pour un autre modèle

Les outils informatiques développés dans le cadre de la conception des réseaux d'assainissement permettent de concevoir plusieurs solutions de réseaux pour un même problème. Il revient ensuite au décideur de choisir les solutions à retenir ; le problème qui se pose alors est d'évaluer la qualité des propositions. La difficulté vient du fait que certains éléments nécessaires à la détermination de la qualité d'une proposition sont difficilement quantifiables. Le but de notre travail est de fournir une approche permettant de choisir une proposition d'extension ou de restructuration d'un réseau d'assainissement existant parmi un ensemble de projets envisagés. Nous avons d'abord défini une liste de critères se répartissant en cinq aspects : coût, fonctionnement, écologie, esthétique et respect des contraintes de pose. Ils peuvent être de nature quantitative ou qualitative. Une méthode d'évaluation du critère relatif au fonctionnement du réseau d'assainissement est ensuite proposée ; cette méthode est élaborée à partir de simulations hydrauliques et intègre la sensibilité du tissu urbain à un dysfonctionnement du réseau. Le développement de cette méthode nous a confronté à des problèmes dus à la qualité des données traitées (imprécision et incertitude). La théorie des sous-ensembles flous est alors utilisée comme démarche pour la modélisation et la gestion des incertitudes et imprécisions.

Le drainage des eaux pluviales devient un probleme particulierement aigu dans les villes africaines. Cette etude evoque l'interet de techniques alternatives d'amenagement. Sur un autre plan, les modeles de ruissellement sont peu adaptes aux bassins urbains africains, dont les surfaces non revetues semblent jouer un role important dans la production et le transfert de l'ecoulement. Une analyse approfondie du ruissellement a ete realisee sur un echantillon de 11 basins experimentaux, repartis sur quatre grandes villes africaines. La description du milieu porte d'abord sur les caracteristiques hydrodynamiques des surfaces non revetues, mesurees par simulation de pluie sur des parcelles de 1 m#2, et ensuite sur les modes d'occupation des sols rencontres dans les villes africaines. Plusieurs modeles de ruissellement ont ete testes, et se basent sur differentes partitions spatiales des bassins. Deux modeles ont finalement ete retenus: leurs parametres sont relies aux mesures experimentales du ruissellement realisees sur parcelles, aux caracteristiques de pente et d'occupation des sols des bassins. Cette etude contribue a la connaissance hydrologique du milieu urbain africain, encore peut etudie. Elle fournit aux amenageurs un outil adapte aux specificites des bassins africains qui permet, par simulation des ecoulements, de tester les performances des divers ouvrages de drainage existants ou projetes

L'étude réalisée traite des contraintes d'application des aspects réglementaires, économiques, techniques et scientifiques des stratégies de prévention et de protection face aux crues en milieu urbain. L'impact de stratégies préventives et curatives est comparé sur les vallons urbains du Laval et du Madé de la commune d'Antibes. Leurs caractéristiques sont obtenues grâce à un traitement sous S. I. G. Des paramètres morphométriques et des M. O. S. Ces données sont valorisées par une approche spatialement distribuée, couplée à un modèle hydraulique filaire des réseaux d'eaux pluviales à partir du logiciel Mouse (D. H. I. ). 3 scénarios permettent de confronter la situation actuelle à des situations futures intégrant des stratégies préventives et curatives. Les conclusions montrent que les rendements technico-économiques des stratégies préventives sont perfectibles, soit par d'adaptations aux sites soit par une modification profonde des mécanismes de financement des réseaux d'eaux pluviales
The study shows the main difficulties of applications in statutory, economic, technical and scientific domains to define the best solutions to manage the overflow risk in urban area. The prevention and management of risks in urban environment present some specific difficulties. Interests of preventive and curative strategies are applied on two small urban catchments of Antibes city : Laval and Madé. These catchments are studied by automated treatment of geomorphologic and land use parameters in G. I. S. Environment. Results are exploited in a spatially distributed approach with the hydraulic model of Mouse software (D. H. I. ). 3 scenarios are conceived in order to confront the current position and the preventive and curative strategies development performances. Economical and technical mains results prove that preventive technique efficiency could be increased. For this, specific local conditions or economic rules must be adapted to optimise preventive strategies of overflow

En milieux urbains imperméabilisés, ou dans les régions où les pluies d’orage sont fréquentes et violentes, il convient de stocker temporairement les volumes des précipitations dans des ouvrages de rétention avant de les relâcher à débit contrôlé dans les réseaux d’assainissement ou le milieu naturel, ce qui limite les risques d’inondation et les impacts environnementaux. La dimension de ces ouvrages de rétention peut vite être importante et leur implantation sur un site encombré devenir compliquée et onéreuse. La solution proposée dans ce travail de thèse est de répartir la rétention sur plusieurs ouvrages de rétention reliés entre eux par des canalisations et contrôlés par des ajutages, et de jouer sur leur capacité respective et les conditions de transfert pour optimiser le rejet dans le réseau ou le milieu naturel. Un outil de modélisation de type réservoir a été développé, qui représente avec un bon niveau de précision les hauteurs dans les ouvrages de rétention et les débits transférés en fonction du temps ainsi que de l’intensité et la durée de la pluie. Ce modèle simplifié incrémenté en fonction d’un pas de temps cohérent avec l’intensité de la pluie travaille en volumes et débit sans s’attarder sur les conditions hydrauliques d’écoulement. Il a été validé par plusieurs études de sensibilité sur des séries de 2 ou 3 réservoirs et ouvre la voie à un outil de pré dimensionnement rapide, robuste et fiable
In urban environments, or in the areas where the stormy showers are frequent and violent, it is advisable to temporarily store volumes of precipitations in retaining tanks before slackening them with flow controlled in the sewage networks or the natural environment, which limits the risks of flood and the environmental impacts. The dimension of these basins can quickly be important and their establishment on an encumbered site to become complicated and expensive. The solution suggested in this study is to distribute the retention on several basins connected to each other by pipes and controlled by nozzles, and to exploit their respective capacity and the conditions of transfer to optimize the rejection in the network or the natural environment. A numerical model named tank type was developed, which represents with a good level of precision the heights in the basins and the flows transferred according to time as well as intensity and the duration of the rain. This simplified model incremented according to a step of coherent time with the intensity of the rain works in volumes and flow without being delayed on the hydraulic conditions of flow. It was validated by several studies of sensitivity on meshes of 2 or 3 tanks and opens up the way for a tool for pre simple and reliable dimensioning

Les noues, de larges fossés souvent végétalisés, sont des systèmes plébiscités par les aménageurs pour gérer à la source les eaux de ruissellement. Leur conception a connu depuis les années 1980 de profondes évolutions (géométrie, matériaux, végétation) qui affectent leurs fonctions. Alors que les noues standards (ouvrages obtenus par simple terrassement d’un sol local) sont historiquement aménagées pour canaliser les eaux de ruissellement, de nouveaux types de noues dotés de massifs filtrants offrent des perspectives prometteuses en matière de gestion des flux polluants. Ce travail de thèse porte sur (i) l’amélioration des connaissances sur les performances épuratoires et hydrologiques des noues et (ii) l’identification de leurs paramètres d’influence afin d’optimiser leur conception. L’analyse statistique d’une base de données spécifiquement construite pour cette étude montre que les performances épuratoires les plus élevées des noues (abattements les plus élevés) sont souvent associées aux polluants présents dans la phase particulaire. Les niveaux de concentration des polluants dans les eaux de ruissellement ont été identifiés comme le facteur majeur affectant les performances épuratoires des noues. Afin de mieux décrire les fonctionnements hydrauliques et épuratoires de ce type d’ouvrage et d’évaluer dans des conditions contrôlées l’influence de certains paramètres (matériaux, modalité d’alimentation) sur leurs performances, un dispositif pilote, constitué de deux noues aux caractéristiques contrastées (une noue standard et une noue de filtration), a été spécifiquement aménagé au CSTB Nantes. Ce dispositif original permet de reproduire des évènements de ruissellement urbain avec différentes conditions de débits d’entrée et de charges polluantes, pour deux modalités d’alimentation : alimentation concentrée en tête de noue ou alimentation latérale diffuse. Les réponses des noues à différentes conditions d’alimentation ont pu être analysées grâce à un important dispositif instrumental permettant de caractériser finement les flux d’eau et de polluants en entrée/sortie de système. Les expérimentations conduites sur ce dispositif pilote montrent que les noues de filtration offrent de meilleurs bénéfices hydrologiques et épuratoires comparées aux noues standards. Les expérimentations montrent aussi l’intérêt de privilégier une alimentation latérale de la noue pour optimiser ses performances
Swales are vegetated open-drainage systems which are increasingly being used by practitioners to manage stormwater runoff. Swale’s design has considerably evolved from the 1980s (geometry, soil materials, vegetal cover), expanding their functionalities. While standard swales (built by merely grading a local topsoil) are traditionally implemented on the field to canalize the runoff, new types of swales composed with filtering media offer promising perspectives to manage the stormwater pollutant fluxes. The goals of this research are to (i) improve the knowledges about the pollutant removal and hydrologic performances of swales, and to (ii) assess the dominant factors (design factors, runoff characteristics) influencing these performances in order to optimize swale design. The statistical investigations on an original swale database, specifically set up for this study, show that most of the highest removal efficiencies are associated to the pollutants including a particulate form. The inflow concentration was identified as a major factor influencing the pollutant removal efficiencies of swales. To better characterize swale hydraulics and pollutant treatment, and to evaluate under controlled conditions some factors that could affect their performances (swale materials, inflow pathway), a pilot system, comprising two distinct types of swale (a standard swale and a filtering swale), was specifically built at the CSTB Nantes. This original facility provides supplying the swales with a wide variety of artificial urban runoff events in terms of flowrates, pollutant loads and inflow pathways (lateral diffuse inflows or concentrated upstream inflows). The analyses of the swale responses to different water supply conditions were based on the measurements from various measuring devices providing a thoroughly characterization of water and pollutant load fluxes. The experimental investigations on this pilot facility demonstrate that the filtering swales could offer improved hydrological and pollutant treatment benefits compared to the standard swales. The experimental investigations also highlight the benefits from supplying a swale with lateral inflows compared to upstream inflows

Afin de limiter les impacts négatifs des rejets pluviaux urbains stricts (RPUS) sur l’hydraulique et la qualité des milieux naturels, des techniques alternatives sont mises en place. A Strasbourg (France,67), une mare de sédimentation suivie d’un filtre planté de roseaux à écoulement vertical collecte, stocke et traite les eaux de ruissellement d’un bassin versant résidentiel (2,7ha) depuis 5 ans. L’objectif de cette thèse est de (i) déterminer l’efficacité hydraulique et de traitement de la filière, (ii) évaluer les dynamiques de stockage des métaux et des hydrocarbures aromatiques polycycliques en temps de pluie et en temps sec, (iii) anticiper l’impact des variations climatiques sur l’efficacité de la filière, (iv) évaluer le comportement de sorption du cuivre, plomb et zinc dans le filtre et (v) modéliser les flux en entrée et en sortie de la filière. Trois années de suivi hydraulique, hydrologique et physico-chimique sur le site et 13 campagnes de prélèvement en temps pluie ont permis de montrer que les efficacités de la filière sont constantes au cours de l’année. Les RPUS sont caractérisés par de fortes concentrations en zinc, et les concentrations en micropolluants sont dépendantes de l’importance de la pluie. De plus, des expériences réalisées sur le sable du filtre (analyses chimiques, extractions séquentielles, expériences batch) ont montré que la rétention des métaux dans le filtre dépend du pH et de la concentration en métaux. Un modèle basé sur l’équation de Richards a été développé et permet de reproduire avec succès les écoulements verticaux 1D dans le filtre
Stormwaters are identified as a major source of pollution for waterbodies. Particularly, metals and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in stormwater are known as the most toxic compounds for the fauna and flora. To limit the impact of these micropollutants on hydrosystems quality, stormwater constructed wetlands (SCW) have been built worldwide. This study aims i) to assess the efficiency of a 5-years-old SCW that combined a sedimentation pond followed by a vertical flow sand filter in urban area (Strasbourg 67, France), ii) to determine micropollutants storage in water and soils during dry period, (iii) to investigate the seasonality impacts on SCW performances, (iv) to evaluate copper, lead and zinc sorption behavior on the filter sand and (v) to model micropollutants and rain water fluxes from the catchment to the filter output. 3 years of on-site monitoring and 13 rain event sampling campaigns have shown that SCW hydraulic and treatment performances are constant over the year. Rain water is characterized by high loads of zinc and its micropollutants loads depend on the rain event depth. Then, chemical analyses, sequential extractions and batch experiments performed on the SCW substrate highlight that metals mobility in the filter is affected by pH and metal concentration. A model based on the Richard’s equation has been developed and predicts with success the 1-D vertical flow in the filter

La diversité de forme et de fonctionnement des ouvrages de déversement construits en réseaux d'assainissement unitaires rend leur modélisation une tâche difficile à accomplir. Cette difficulté est encore accrue par l'absence de modèles adaptés pour certains déversoirs et la méconnaissance des phénomènes hydrauliques réels pour d'autres. Pour remédier à cet handicap, la meilleure façon semble être d'augmenter les mesures sur des sites réels afin d'apporter des renseignements pour les modèles et d'améliorer les connaissances sur le fonctionnement réel de ces ouvrages. Dans ce contexte, nous avons décidé de mettre en place un système de mesure. Permettant de prendre en compte l'hétérogénéité spatiale et temporelle de la lame déversante par le biais de caméras numériques. Le suivi expérimental de l'installation sur deux sites différents pendant plus de dix huit mois nous a permis de confirmer la faisabilité du concept d'instrumentation par caméras, de part la fiabilité des équipements et la qualité des résultats acquis. L'application des outils d'analyse et de traitement aux images enregistrées nous a offert la possibilité de dégager les caractéristiques pertinentes des comportements hydrauliques des déversoirs et de transformer les données images en données numériques exploitables pour la modélisation. L'approche développée dans la deuxième partie de ce travail de recherche repose sur l'utilisation des réseaux de neurones artificiels (RNA) pour la modélisation et la gestion des déversoirs d'orage. Le modèle non-linéaire de déversement que nous avons élaboré pennet de reproduire correctement le fonctionnement du déversoir étudié et de pallier les insuffisances des modèles classiques des déversoirs d'orage. Dans le but de réduire les rejets des déversoirs d'orage par temps de pluie, l'approche par les RNA a été ensuite exploitée en vue de la mise en oeuvre d'une stratégie de contrôle en temps réel pour la gestion d'une station de pompage en aval d'un déversoir d'orage. Nous avons montré qu'en maintenant les mêmes caractéristiques physiques du réseau et des ouvrages, la stratégie adoptée pemlet une réduction considérable des rejets du déversoir par temps de pluie, exprimée en volume et en fréquence de déversement, ainsi que l'optimisation du fonctionnement de la station d'épuration.

L’augmentation globale de la démographie couplée à une amélioration du niveau de vie conduit à l’augmentation de la pression anthropique pesant sur les ressources en eau. Cette pression passe entre autre par une consommation et donc un rejet de multiples molécules organiques, parmi lesquelles les pesticides représentent des contaminants emblématiques. Longtemps utilisés en agriculture afin d’en augmenter la productivité, ces substances sont aujourd’hui utilisées également de façon importante dans notre quotidien (traitements vétérinaires, protection des matériaux de construction, peintures, papier, textiles, etc.). Cela conduit à identifier les rejets urbains comme des vecteurs de pesticides au travers des effluents de station de traitement des eaux usées ou des effluents d’exutoires pluviaux, qui viennent s’ajouter aux apports induits par l’agriculture. Cette multiplicité de sources couplée à une toxicité intrinsèque avérée en font des molécules à fort enjeu environnemental dont il est essentiel de hiérarchiser les apports afin de pouvoir mettre en place des mesures de réduction.Dans ce cadre, un continuum péri-urbain situé sur la Métropole de Bordeaux (France) a permis de mettre en évidence des profils de contamination différents entre les eaux naturelles, les effluents urbains et les exutoires pluviaux, tant sur l’aspect qualitatif que sur l’aspect quantitatif. Si les eaux de surface sont principalement quantitativement marquées par des phytopharmaceutiques (métolachlore, glyphosate), les molécules identifiées comme potentiellement impactantes (en termes d’effets potentiels) proviennent d’avantage d’effluents urbains (fipronil, imidaclopride). En effet, les stations de traitement des eaux usées sont identifiées comme d’importants vecteurs en biocides et antiparasitaires à usages vétérinaires en raison de leur faible capacité de traitement vis-à-vis de ces contaminants. Toutefois, ces effluents ne sont que le reflet des utilisations en amont du réseau. L’investigation de ce dernier a conduit à identifier les usages domestiques comme responsables de l’introduction de certaines molécules préoccupantes tels les antiparasitaires à usages vétérinaires (fipronil et imidaclopride). En parallèle, bien que non majoritaires en ce qui concerne les apports en pesticides, les exutoires pluviaux ne sont toutefois pas négligeables et apportent en quantités conséquentes des biocides de protection (comme la carbendazime, le diuron, le propiconazole ou la terbutryne) de par le lessivage de surfaces traitées en zones urbaines. Le cas du glyphosate semble complexe puisque aucune des voie d’apport n’est clairement identifiée comme majoritaire. L’apport est très global, probablement du fait de sa multiplicité d’usages, tant en agriculture que par certains professionnels ou par les particuliers.L’échantillonnage passif par les POCIS (Polar Organic Chemicals Integrative Sampler) a été appliqué avec succès afin de calculer des flux plus précis dans les eaux de surfaces, permettant ainsi une identification plus fine des sources majoritaires. Cet outil montre toutefois ses limites en ce qui concerne le suivi d’échantillons complexes telles que les eaux brutes, en présentant des cinétiques d’accumulation trop courtes pour permettre un suivi quantitatif du réseau d’assainissement sur de longues périodes. Ces observations ont été confirmées à l’occasion de calibrations in-situ en rivière et en entrée de station de traitement des eaux usées et qui ont donné lieu au développement de nouveaux outils. Les mini-POCIS et les POCIS-T, plus légers et plus petits ont été calibrés à la fois en laboratoire et en station de traitement des eaux usées. Ils se sont révélés plus adaptés que la forme classique pour suivre la contamination des eaux usées car ils permettent d’augmenter la durée du suivi. Ils représentent une alternative intéressante pour le suivi du réseau d’assainissement
Global demographic increase coupled with standard of living increase drive water resources’ anthropic pressure. This phenomenon is linked with consumption habits and with chemicals dispersion in environment. Pesticides are part of the most concerning contaminants. They were firstly used to enhance agricultural productivity but nowadays these chemicals are used for our daily life needs (in building materials, veterinary treatments, papers, textile products, paints, etc.) and so urban effluents such as storm sewer or wastewater treatment plant effluents are identified as important vectors of pesticides which are added to agricultural inputs. The diversity of sources coupled to an intrinsic toxicity highlight pesticides as environmental concerning compounds and their sources have to be clearly identified and classified to consider source reduction actions.The study of an urban continuum in Bordeaux Metropolis (France) highlighted qualitative and quantitative differences in contamination profiles between river water, storm sewers and wastewater treatment plant effluents. River waters are contaminated with phytopharmaceuticals (metolachlor, glyphosate) but molecules of high ecotoxicological concern (fipronil, imidacloprid) are mostly brought by wastewater treatment plants. These structures are indeed not built for micropollutant treatment and biocides provided by wastewaters are discharged in surface water. Urban effluents reflect uses of wastewater network by private consumers and industries. Advanced investigations in the wastewater network allowed identifying them as providers of veterinary molecules such as fipronil and imidacloprid. In parallel, monitoring of rain effluents allowed to identify storm sewers as less important sources of pesticides that wastewaters but they have to be considered for some molecules. Indeed, they can locally increase contamination in natural water around the discharge site especially concerning biocides (carbendazime, diuron, propiconazole, terbutryne) because of runoff waters over treated surfaces. Case of glyphosate is much more complex because this molecule was found in every compartment and seemed to be introduced massively both by agriculture and urban effluents in link with its use by farmers but also private consumers and some professionals.Passive sampling of water resources with POCIS (Polar Organic Chemicals Integrative Sampler) was successfully applied, allowing to quantify pesticides at trace levels and to calculate precise fluxes leading to the confirmation of previous results. However, the usefulness of this tool is limited in the case of wastewater monitoring. Uptake kinetics are too rapid to allow a quantitative characterisation of raw wastewaters over long period of deployment. These observations were confirmed with the comparison of in-situ calibration performed both in river and in effluent of a wastewater treatment plant and leaded to the development of new version of POCIS. Mini-POCIS and POCIS-T (lighter and smaller than original ones) were calibrated both in laboratory and in real conditions. They are more adapted than classical devices to wastewater sampling allowing covering a much longer period of monitoring

Ce travail présente le Contrôle en Temps Réel (CTR) des Réseaux d’Assainissement (RA) dans le cadre des villes intelligentes. Le CTR nécessite de comprendre le fonctionnement du RA et d'effectuer des simulations sur des évènements mesurés, prévus et synthétiques. Par conséquent, un système de Surveillance en Temps Réel (STR) a été installé sur le site expérimental, et combinée à un modèle de simulation. Une méthode d'auto-calage des modèles hydrauliques et un système de prévision des conditions aux limites, ont été développés. Visant à protéger les citoyens et d'atténuer les conséquences des inondations, le CTR est composé d'un système de prévision des inondations suivi d'une gestion dynamique. Le concept et les méthodes proposés ont été appliqués sur le campus de l'Université de Lille 1, au sein du projet SunRise. STR a été trouvé très utile pour comprendre le fonctionnement du RA et pour le calage du modèle de simulation. L'Algorithme Génétique suivi par Pattern Search ont formé une procédure d'auto-calage efficace. NARX Neural Network a été développé et validé pour la prévision des conditions aux limites. Une fois l’opération du RA est analysée, le CTR a été développé. NARX Neural Network a été trouvé capable de prévoir les inondations. Une gestion dynamique pour augmenter la capacité de rétention du réservoir, a été étudiée sur la base du calcul de la variation temporaire de l’ouverture d’une vanne, et les résultats ont été satisfaisants en utilisant l'Algorithme Génétique et l’Algorithme des Abeilles, comme méthodes d'optimisation. Une gestion qualitative a également été examinée et testée pour vérifier son potentiel dans la réduction des volumes d'inondation
This work presents the Real Time Control (RTC) of Urban Drainage Systems (UDS) within smart cities. RTC requires to understand the UDS operation and to perform simulations on measured, forecasted and synthetic events. Therefore, a Real Time Monitoring system (RTM) was implemented on the experimental site, and combined to a simulation model. A model auto-calibration process and hydraulic boundary conditions forecast system were developed, in order to simulate the hydrologic-hydraulic response. Aiming to protect the citizens and mitigate flooding consequences, the RTC was composed of a flooding forecast system followed by a dynamic management strategy. The proposed concept and methodologies were applied and evaluated on the Lille 1 University Campus, within the SunRise project. RTM was found very helpful in understanding the system operation and calibrating the simulation model. Genetic Algorithm followed by Pattern Search formed an effective auto-calibration procedure for the simulation model. NARX Neural Network was developed and validated for forecasting hydraulic boundary conditions. Once understanding the UDS operations, the RTC was developed. NARX Neural Network was found capable to forecast flooding events. A dynamic management for increasing a tank retention capacity, was studied based on calculating a Valve State Schedule, and results were satisfying by using Genetic Algorithm and a modified form of Artificial Bee Colony, as optimization methods. A qualitative management was also proposed and tested for verifying its potential in reducing flooding volumes

Les bassins de gestion des eaux pluviales, dont l’horizon de surface est parfois fortement contaminé, peuvent être naturellement ou volontairement colonisés par la végétation. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre le rôle de la végétation dans le contrôle de la mobilité des métaux lourds comme le Zinc, le Cuivre et le Cadmium. Le premier volet de ces travaux, consacré à la caractérisation de la végétation se développant dans ces bassins, a montré que ces ouvrages abritaient une flore diversifiée, allant d’une végétation rudérale éparse à une végétation dense caractéristique de zones humides. Ensuite, une analyse physico-chimique multiparamétrique d’échantillons prélévés à la surface de bassins colonisés par des espèces végétales dominantes a été réalisée. Nous avons montré que les carbonates et la matière organique contrôlaient particulièrement la mobilité du Cu, Cd et Zn dans ces milieux. Les paramètres les plus variables temporellement et spatialement, sont essentiellement liés au cycle de la matière organique (nitrates, fraction métallique lié à la matière organique) mais également à l’apport de particules anthropiques (texture, métaux). Lorsque la plante est à son maximum de croissance, la mobilité potentielle des métaux est la plus élevée alors que la phase de sénescence de la plante semble conduire à un meilleur piégeage de ces contaminants. Cette thèse invite à considérer la végétation comme un agent de transformation de l’horizon de surface et à intégrer cette composante dans les futurs travaux sur la contamination des ouvrages d’assainissement urbain
Urban stormwater basins surfaces can be highly contaminated and can be spontaneously or intentionaly vegetated. The aim of this work is to better characterize the role of the vegetation on heavy metal (Zn, Cd, Cu) mobility. Firstly, vegetation inventory has pointed out the high species diversity in these devices (from ruderal vegetation to wetland plants). Then, a physico-chemical characterization of surface samples vegetated by dominant species has been carried out. We have shown that carbonates and organic matter play a major role in the control of heavy metal mobility. The parameters which are the most spatially and temporally variable are essentially related to organic matter cycle (nitrate, heavy metal fraction bound to organic matter), and to the introduction of stormwater suspended matter (heavy metals, texture). At the maximum of plant growth phase, heavy metal mobility is enhanced and the period of plant death leads to a better heavy metal retention in the basin surface. This thesis invites us to consider plants as agents of surface stormwater basin transformation and to include plants in future research work

On attribue classiquement aux battements des nappes phreatiques les apports peu variables et saisonniers d'eaux claires parasites dans les reseaux d'eaux usees. A partir de mesures realisees sur un site experimental, on peut conclure a un role important des nappes perchees dans les pointes de debit parasite jusque la attribuees aux branchements d'eaux pluviales. Ce resultat conduit a une nouvelle interpretation des etudes diagnostic des reseaux. Une approche quantitative du drainage rapide, lie aux nappes perchees, permet de degager les elements d'une modelisation des debits parasites

La thèse est structurée en trois chapitres. Dans le premier, on rappelle brièvement le contexte historique et législatif de l'évolution de l'assainissement en Europe. Le deuxième chapitre s'intéresse à l'étude diagnostic du réseau d'assainissement de la ville de Saint-Etienne, tant sur les plans quantitatif que qualitatif. Pour cela, nous développons un logiciel de simulation dont l'originalité réside dans sa structure informatique. Nous effectuons une étude de la pluviométrie locale, nous localisons les points de dysfonctionnement par la simulation et nous analysons l'impact des rejets stéphanois en phosphore sur la qualité des eaux de la Loire. Le troisième chapitre essaie par des développements méthodologiques de répondre aux questions soulevées précédemment, tout d'abord par une étude visant à caractériser les structures spatiales des pluies en utilisant des techniques issues de l'analyse de données, ensuite par une étude de sensibilité du modèle d'écoulement à la distribution spatiale de la pluie, au coefficient de ruissellement et au temps de réponse de bassins versants élémentaires, enfin par une dernière étude visant à déterminer la localisation optimale du réseau de pluviographes, en utilisant la technique du krigeage, en y intégrant la structure spatiale de la pluie et les coefficients de ruissellement des bassins versants

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

Les outils actuels de gestion en temps réel des réseaux s’appuient sur deux outils logiciels : les logiciels de prévision météorologique et les logiciels de simulation hydraulique. L’usage des premiers est une cause importante d’imprécision et d’incertitude, l’usage des seconds oblige à des pas temporels de décision importants du fait de leur besoin en temps de calcul. Cette façon de procéder fait que les résultats obtenus sont généralement éloignés de ceux attendus. L’idée force du projet CARDIO est de changer de paradigme de base en abordant la problématique par la face « automatique » plutôt que par celle « hydrologie ». L’objectif est de rendre possible la réalisation d’un grand nombre de simulations en des temps très courts (quelques secondes) permettant de se passer des prévisions météorologiques en utilisant directement les données pluviométriques recueillies en temps réel. L’objectif est de parvenir à un système où la prise de décision est réalisée à partir de données fiables et où la correction de l’erreur est permanente
Generally, real-time management of sewer systems uses two main tools. The first software one, dedicated to weather forecast is known by their imprecision and uncertainty. The main issue of the second one concerns their computational complexity, which becomes a burden, as they require temporal important steps of decision. This leads to an important problem, where the obtained results are generally different from the really waited ones. The main idea and objective of the CARDIO project, which are the core of this thesis, is to deal with this important problem using a new paradigm based on “automatic” concepts rather than applied from “hydrology” point of view. Such approach allows the realization of a large amount of numerical simulation in a fast way during a very short time (a few seconds). This allows dispensing of weather forecast by using real-time meditative pluviometric data directly. The objective is to achieve a system where the decision-making is made based on reliable data and also, the error correction is permanent

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

La gestion des eaux urbaines de temps de pluie est devenue une priorité depuis quelques années, au regard des problématiques d'inondations et de pollutions des cours d'eau qui remettent en cause l'atteinte des objectifs de la DCE. En outre, les filtres plantés de roseaux sont reconnus comme des solutions fiables pour le traitement des eaux usées depuis plus de 20 ans. Par ailleurs, leur adaptation à d'autres types d'effluents a été mise en place récemment (traitement tertiaire, effluents dilués, lits de séchage de boues), et la gestion des eaux de temps de pluie s'inscrit dans le cadre de cette extension de fonction. Bien que ce système combine à la fois des capacités de stockage et de traitement, Uhl et Dittmer (2005) ont mis en avant des dysfonctionnements (mort des roseaux en période sèche, chutes de performances). Ces auteurs soulignent aussi la nécessité d'optimiser les règles et outils de dimensionnement.Le projet SEGTEUP vise donc, via un suivi sur pilotes de grande taille et une modélisation hydrodynamique, à fournir des règles de conception à intégrer dans un futur outil de conception simplifié, utilisable à l'échelle du territoire français. L'étude des pilotes vise donc à tester différents matériaux et conceptions, alors que la modélisation met en évidence les principaux paramètres d'influence de l'écoulement. Au final, la filtration apparaît comme le principal processus d'élimination de la pollution organique et des micropolluants, alors que l'adsorption de la matière organique dissoute est négligeable. Par ailleurs, l'emploi d'un matériau à forte capacité d'adsorption (zéolite) accroît considérablement les capacités de rétention de l'ammonium. L'utilisation de tels matériaux est particulièrement recommandée en cas de charges en ammonium particulièrement élevées ou de faible surface disponible. Enfin, l'étude de l'hydrodynamique montre que l'écoulement, ainsi que l'adsorption et les réactions de biodégradation, sont fortement influencés par la limitation du débit de fuite (temps de rétention, particulièrement pendant la phase saturée). Par ailleurs, la structure d'alimentation doit permettre une répartition homogène de l'influent à la surface du massif pour éviter les court-circuits hydrauliques et les volumes morts. La construction d'un modèle 1D a enfin été mise en oeuvre, mais celui-ci ne permet pas de faire des prédictions, car la couche virtuelle simulant la limitation du débit de fuite doit être calée lors de chaque événement simulé. Une adaptation 2D du modèle, la prise en compte de lois de vannes et pertes de charges singulières, ainsi qu'un couplage filtre-réseau doit permettre la finalisation de cet outil
Urban runoff management has become a priority for many years, regarding the issues of flooding and water course pollution that jeopardize the objectives of the European Framework Directive 2000/60/CE. As an extensive technique, subsurface flow constructed wetlands have proved to be reliable solutions for the treatment of sewage, and have been used for more than 20 years. Their adaptation to other types of functions or effluents has even been implemented over the last ten years (tertiary treatment, dilute effluents, sludge drying reed beds), and the management of urban runoff is part of this extension process. Despite this system combines both storage and treatment capacities, (Uhl and Dittmer, 2005) highlight dysfunctions as reed death during long rest periods or performance losses. These authors also underline the needs in optimizing design rules and tools.Then, the SEGTEUP project combines a large-scale pilot monitoring and hydrodynamic modeling, aiming at providing some basis for the implementation of a reliable design tool, applicable over the entire French territory. Then, the pilot study aimed at testing different materials and filter configurations, while a mechanistic approach was implemented to highlight the main flow influence parameters.Anyway, filtration of suspended solids appears as the major pollutant removal process, allowing the retention of at least 70% of SS and associated pollutants whatever the material considered. Nevertheless, dissolved organic matter adsorption remains negligible, while ammonium elimination is poor for the coarsest material. In the opposite, adsorbent zeolite present high ammonium retention abilities and ensures constantly low discharge levels. The use of this material is particularly recommended in case of specific issues concerning high pollutant loads or low available surface area. Furthermore, micropollutants (metals and PAHs) mainly bound with particles, are highly removed by filtration of SS. In our study, dissolved micropollutants concentrations were too low to highlight robust conclusions. However, further research are needed to better understand metals retention and release, and PAHs degradation processes, since these mechanisms are strongly dependent of pH and redox conditions and dynamics. Finally, the study of hydrodynamics shows that the throttle value influences adsorption and degradation reactions through variations in hydraulic retention time, particularly during saturated phases. On the other hand, the feeding structure is of special importance since a homogenous distribution of influent at the filter surface is needed to avoid hydraulic shortcuts and corresponding dead volumes. Finally, a HYDRUS 1D model was implemented around urban runoff issues, but cannot be used as a predictive design tool. Indeed, the throttle value, represented by a virtual layer with low conductivity, must be re-calibrated for each simulated event. Then, a 2D adaptation of the model is required, as well as the integration in the HYDRUS code of appropriate singular head losses as boundary conditions. In the end, the developed simplified model of water flow and pollutant degradation should be coupled with a sewer system model, aiming at creating a flexible and adaptable design tool

Ce travail s’intéresse au traitement des effluents issus d’un petit bassin versant résidentiel urbain drainé par un réseau d’assainissement séparatif pluvial. Le traitement est effectué à l’aide d’une mare de sédimentation suivi d’un filtre planté de roseaux. L’instrumentation et les prélèvements permettent un suivi hydrodynamique et physico-chimique. Les résultats montrent que le système contribue fortement à la réduction de la pollution avant rejet au milieu récepteur. Les charges polluantes sont réduites de 70 à 100% pour tous les polluants (sauf la DBO5 et les nutriments, entre 4 et 100%). La mare de sédimentation a un rôle primordial dans l’élimination des polluants présents en phase particulaire, et plus particulièrement des HAPs (100%). Le filtre planté de roseaux intervient au niveau des polluants en phase particulaire non retenus par la mare, mais aussi au niveau des polluants en phase dissoute (nutriments, matière organique, micropolluants métalliques et pesticides)
This work deals with the treatment of effluents from a small urban residential catchment area drained by a separate sewer network. The treatment is made with a sedimentation pond and a constructed wetland. Instrumentation and samplings enable hydrodynamic and physic-chemical monitoring. Results show that the system deeply contributes to reduction of pollution before discharge into receiving water. The pollutant loads are reduced between 70 and 100% for all pollutants (except BOD5 and nutrients, between 4 and 100%). The sedimentation pond plays an essential role in eliminating pollutants in particulate phase, more specifically PAHs (100%). The constructed wetland treat pollutants in particulate phase that are not retained by the pond, but also pollutants in dissolved phase (nutrients, organic matter, metals and pesticides)

La gestion en temps réel (GTR) est considérée comme une solution économiquement efficace pour réduire les déversements par temps de pluie car elle optimise la capacité disponible des réseaux d'assainissement. La GTR permet d'éviter la construction de volumes de rétention supplémentaires, d'augmenter l'adaptabilité du réseau aux changements de politiques de gestion de l'eau et surtout d'atténuer l'impact environnemental des déversoirs d'orage. À la suite de l'intérêt croissant pour la GTR fondée sur la qualité de l'eau (QBR), cette thèse démontre une stratégie simple et efficace pour les charges polluantes déversées par temps de pluie. La performance de la stratégie QBR, basée sur la prédiction des courbes masse-volume (MV), est évaluée par comparaison avec une stratégie typique de GTR à base hydraulique (HBR). Une étude de validation de principe est d'abord réalisée sur un petit bassin versant de 205 ha pour tester le nouveau concept de QBR en utilisant 31 événements pluvieux sur une période de deux ans. Par rapport à HBR, QBR offre une réduction des charges déversées pour plus d'un tiers des événements, avec des réductions de 3 à 43 %. La stratégie QBR est ensuite mise en oeuvre sur le bassin versant de Louis Fargue (7700 ha) à Bordeaux, France et comparée à nouveau à la stratégie HBR. En implémentant QBR sur 19 événements pluvieux sur 15 mois, ses performances sont constantes et apportent des avantages précieux par rapport à HBR, 17 des 19 événements ayant une réduction de charge variant entre 6 et 28.8 %. La thèse évalue en outre l'impact de l'incertitude de prédiction de la courbe MV (due à l'incertitude de prédiction du modèle) sur la performance de la stratégie QBR, en utilisant un événement pluvieux représentatif. La marge d'incertitude qui en résulte est faible. En outre, l'étude de sensibilité montre que le choix de la stratégie QBR ou HBR doit tenir compte des dimensions réelles des bassins et de leur emplacement sur le bassin versant
Real time control (RTC) is considered as a cost-efficient solution for combined sewer overflow (CSO) reduction as it optimises the available capacity of sewer networks. RTC helps to prevent the need for construction of additional retention volumes, increases the network adaptability to changes in water management policies, and above all alleviates the environmental impact of CSOs. Following increasing interest in water quality-based RTC (QBR), this thesis demonstrates a simple and nothing-to-lose QBR strategy to reduce the amount of CSO loads during storm events. The performance of the QBR strategy, based on Mass-Volume (MV) curves prediction, is evaluated by comparison to a typical hydraulics-based RTC (HBR) strategy. A proof-of-concept study is first performed on a small catchment of 205 ha to test the new QBR concept using 31 storm events during a two-year period. Compared to HBR, QBR delivers CSO load reduction for more than one third of the events, with reduction values from 3 to 43 %. The QBR strategy is then implemented on the Louis Fargue catchment (7700 ha) in Bordeaux, France and similarly compared with the HBR strategy. By implementing QBR on 19 storm events over 15 months, its performance is consistent, bringing valuable benefits over HBR, with 17 out of 19 events having load reduction varying between 6 and 28.8 %. The thesis further evaluates the impact of MV curve prediction uncertainty (due to model prediction uncertainty) on the performance of the QBR strategy, using a representative storm event. The resulting range of uncertainty is limited. Besides, results of the sensitivity study show that the choice of the QBR or HBR strategy should take into account the current tank volumes and their locations within the catchment

Les préoccupations actuelles quant à la réduction des rejets urbains en temps de pluie ne concernent en principe guère les réseaux séparatifs de collecte des eaux usées. Pourtant les débits observés à l'exutoire de ces réseaux présentent des variations analogues à celles qui caractérisent les systèmes unitaires. Les raccordements illicites d'eaux pluviales ne sont pas la seule cause de ce comportement et les apports par infiltration y contribuent largement. Par le jeu de mécanismes complexes de drainage, les défauts d'étanchéité des réseaux, y compris ceux qui sont localisés en domaine privé, sont à l'origine de débits importants, aussi bien à l'échelle annuelle, que journalière ou même horaire. Mais ces débits restent difficiles à caractériser car ils dépendent non seulement des événements pluvieux mais de leurs antécédents et de la saison. On a donc cherché à développer un modèle permettant de simuler ces débits et à le valider à partir de mesures de terrain et d'une étude de sensibilité. Ce modèle pourrait constituer un outil intéressant pour les études diagnostic de réseau.

Les préoccupations actuelles quant à la réduction des rejets urbains en temps de pluie ne concernent en principe guère les réseaux séparatifs de collecte des eaux usées. Pourtant les débits observés à l'exutoire de ces réseaux présentent des variations analogues à celles qui caractérisent les systèmes unitaires. Les raccordements illicites d'eaux pluviales ne sont pas la seule cause de ce comportement et les apports par infiltration y contribuent largement. Par le jeu de mécanismes complexes de drainage, les défauts d'étanchéité des réseaux, y compris ceux qui sont localisés en domaine privé, sont à l'origine de débits importants, aussi bien à l'échelle annuelle, que journalière ou même horaire. Mais ces débits restent difficiles à caractériser car ils dépendent non seulement des évènements pluvieux mais de leurs antécédents et de la saison. On a donc cherché à développer un modèle permettant de simuler ces débits et à le valider à partir de mesures de terrain et d'une étude de sensibilité. Ce modèle pourrait constituer un outil intéressant pour les études diagnostic de réseau
The present concern about urban storm drainage and pollution control should not apply to separate foul water sewerage. However, flowrates that can be monitored at the outlets of such sewerage display huge variations along with rainfall, very much alike the ones related with combined systems. Inappropriate connexions of runoff water are not the sole explanation for such a behaviour, and infiltration is to be considered. Leaking defects, included the ones located on private properties, involve rather complex mechanisms which result in drainage of large flows into the collection pipes. These flows can reach high values whatever timescale is considered (yearly, daily and even hourly flowrates). But these flowrates cannot be easily quatify, because they depend not only on rainfall events, but also on what happened before, and on the season. So we developped a mathematical model to simulate these flowrates, and validated this model using field data and sensibility analysis. This model should be a valuable tool for sewer evaluation studies