Academic literature on the topic 'Lixiviation – Modèles mathématiques'

IDENTIFICATION OF ENVIRONMENTAL FRAGILITIES IN THE MICROBACY OF JARUCU RIVER, MUNICIPALITY OF BRAZIL NOVO – PAIDENTIFICATION DES FAIBLESSES DANS L'ENVIRONNEMENT JARUCU RIVIÈRE, BRESIL NEW COUNTY – PAO objetivo deste trabalho é avaliar a fragilidade ambiental da microbacia Hidrográfica do rio Jarucu, localizada no município de Brasil Novo, no Pará, a partir de uma visão sistêmica, oriunda de modelagens matemático-espaciais, para melhor análise da gestão de seus recursos naturais. Para a sua realização, utilizou-se a metodologia de álgebra de mapas proposta por Ross (1994), por intermédio da sobreposição de camadas, atribuindo-se a elas, notas e pesos, utilizando-se, como plataforma, o software ArcGIS 10.1, gerando mapa síntese a partir de multicritérios. Para esse fim, foram utilizados mapas de declividades, solos, proximidade de drenagens e nascentes, além do uso e cobertura do solo, mediante classificação orientada a objeto, utilizando-se o software eCoguinition 9.01, bem como cenas do sensor RapidEye, disponível no site do Ministério do Meio Ambiente (resolução espacial de 5 metros). Os resultados demonstram que a bacia apresenta fragilidade entre baixa e média, devido a índices moderados de declividade e solos estáveis quando se tem a presença da vegetação. As regiões com fragilidade localizam-se nas Áreas de Preservação Permanente de Cursos d’água, devido à declividade acentuada nesses pontos e à falta de cobertura vegetal, gerada pela substituição de áreas de floresta por pastagens, muitas destas degradadas, um padrão comum no processo de ocupação da região da Transamazônica, acarretando, em se tratando de uma bacia hidrográfica, um processo de lixiviação e assoreamento dos cursos d’água, mesmo que ainda incipiente.Palavras-chave: Fragilidade Ambiental; Modelagens Espaciais; Rio Jarucu, Brasil Novo.ABSTRACTThe objective of this work was to evaluate the environmental fragility of the hydrographic microbasin Of the Jarucu River located in the municipality of Brasil Novo in Pará from a systemic view derived from mathematical-spatial modeling, to better analyze the management of its natural resources. In order to achieve it, it was used the methodology of map algebra proposed by Ross (1994) by overlapping layers and assigning them grades and weights, using as Platform ArcGIS 10.1 software, generating synthesis map from multicriteria. To this end, besides the ground cover through object-oriented classification using the eCoguinition software 9.01 and scenes of the RapidEye sensor available on the Ministry of Environment website (resolution Space of 5 meters), Maps of Slopes, Soils, proximity to drains and springs were used. The results showed that the basin presents its fragility between low and avarsge due to moderate rates of slope and stable soils when there is vegetation. The regions where they showed the greatest fragility are located in the Permanent Preservation water course areas due to the marked slope in these points and the lack of vegetation coverage, generated by the replacement of forest areas by pastures, many of these degraded, what is a common pattern in the process of occupation of the Transamazonica region, leading to, when it comes to a river basin, a process of leaching and sedimentation of watercourses, even if still incipient.Keywords: Environmental Fragility; Spatial Modeling; Jarucu River, Brasil NovoRÉSUMÉRésumé: L'objectif de ce travail était d'évaluer la fragilité environnementale de la micro-puce hydrographique de la rivière Jarucu située dans la municipalité de Brasil Novo à Pará à partir d'une vue systémique dérivée de la modélisation mathématique et spatiale afin de mieux analyser la gestion de ses ressources naturelles. Pour sa réalisation, la méthodologie de l'algèbre de carte proposée par Ross (1994) à travers le chevauchement des couches et leur attribuant des notes et des poids, en utilisant comme plate-forme le logiciel ArcGIS 10.1, générant une carte de synthèse multicritère. À cette fin, des cartes des pentes, des sols, de la proximité du drainage et des sources ont été utilisées, ainsi que l'utilisation et la couverture des terres grâce à une classification orientée objet à l'aide du logiciel eCoguinition 9.01 et des scènes du capteur RapidEye disponibles sur le site Web du ministère de l'Environnement Espace de 5 mètres). Les résultats ont montré que le bassin présente une fragilité entre le bas et le moyen, en raison des indices modérés de pente et des sols stables lorsque la végétation est présente. Les régions où elles sont les plus fragiles sont situées dans les zones de conservation permanentes des cours d'eau en raison de la pente marquée de ces points et de l'absence de couverture végétale générée par le remplacement des zones forestières par les pâturages, dont beaucoup sont dégradés, un modèle commun dans le processus de Occupation de la région de Transamazonica, conduisant à un processus de lixiviation et de sédimentation des cours d'eau, même si elle était encore incipiente.Mots-clés: Fragilité de L'environnement; L'espace de Modélisation; Rivière Jarucu, Brésil Nouveau.

La prévision des volumes de lixiviat produits par les casiers de stockage de déchets ménagers (CSD) constitue un enjeu important dans la gestion à court terme et à long terme d'un CSD (dimensionnement, gestion du risque pour l'environnement, gestion du coût financier). Nous nous sommes intéressés au bilan hydrique à l'échelle d'un casier de stockage de déchets ménagers pour tenter de quantifier les flux d'eau entre le casier et l'extérieur (pluviométrie, ruissellement et évaporation) et à l'intérieur des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour suivre l'évolution des termes du bilan hydrique. Cette étude a pour intérêt de présenter une approche relativement complète du cycle de l'eau et d'utiliser la technologie TDR dans les déchets. Les températures ont aussi été mesurées afin d'étudier leur impact sur les écoulements. Cette approche expérimentale a fourni des résultats originaux concernant le comportement thermique des déchets et des gradients de température observés. L'instrumentation en place a permis une quantification de l'infiltration à travers la couverture. Malgré les difficultés de comportement de certaines sondes, plusieurs capteurs TDR ont permis un bon suivi qualitatif des variations de teneur en eau en fond de casier. Une approche, pour calculer l'évaporation des déchets en contact avec l'atmosphère, a été proposée. Une modélisation des transferts couplés d'humidité et de chaleur au sein des centres de stockage de déchets ménagers a donc été développée. Le comportement du modèle thermique s'est révélé très satisfaisant par rapport aux mesures sur site. Le modèle couplé, quant à lui, a permis de reproduire avec fidélité les variations de stock en eau dans la couverture ainsi que la hauteur de lixiviat en fond de puits. L'analyse du modèle a montré l'influence des températures avec notamment l'apparition de barrières thermiques ralentissant le transfert de l'eau vers le fond
Forecasting the quantity of leachate is a major issue in short and long term management of solid waste landfilI celIs, for environment protection as weIl as for financial aspects. We tried to assess the water budget at the scale of a landfilI celI in order to estimate the water fluxes inside wantes and at atmospheric interface (rainfalI, runoff, evaporation or evapotranpiration when the celI is covered with earth and vegetation). A celI was equipped for the monitoring of different tenus of the water budget, in a quite comprehensive manner. Time domain reflectometry probes were used for soil and waste moi sture measurement. Temperatures were also monitored in order to assess their influence on flows. This experimental approach produced new results about thermal behaviour of solid waste and values oftemperature gradients. The monitoring enabled to quantify the infiltration through the cover. In spite of some sensors ill operating, we obtained a fairly good qualitative representation of the water content variations at the botttom of the cell. A method for estimation of evaporation from solid waste exposed to atmosphere was proposed. Modelling of water and heat fluxes within solid waste was developped. The coupled model was able to simulate properly the water content variations of the cover, and the leachate height variations at the bottom. The interpretation of model results shows the influence of temperature, and the existence of a thermic « banier » limiting the updown water fluxes

L’objectif de ce travail de thèse consiste à la modélisation du comportement mécanique des matériaux cimentaires, tel que la pâte de ciment et le béton qui sont soumis à la carbonatation et à la lixiviation. Ces réactions chimiques entre le matériau cimentaire et le milieu agressif environnant entraînent des changements dans la microstructure du matériau et par conséquent sur le comportement mécanique et peut ainsi avoir un impact important sur la durabilité des structures. Pour la caractérisation du comportement mécanique de ces matériaux chimiquement influencés, deux approches différentes sont proposées dans cette thèse: l'approche macroscopique et microscopique. Dans la première partie, une approche macroscopique est utilisée. L'intérêt est d'utiliser un modèle élastoplastique classique pour voir l'influence de la carbonatation et la lixiviation sur les paramètres élastiques et plastiques. Ce modèle est par la suite couplé avec un modèle d’interface pour décrire le comportement mécanique et le processus de rupture des matériaux cimentaires, prenant en compte la localisation des déformations sur une bande de cisaillement. Dans la deuxième partie, en prenant avantage des modèles micro-macro, il est possible de lier explicitement l'évolution de la microstructure durant la dégradation au comportement mécanique du matériau. Deux à trois étapes d’homogénéisations basé sur la méthode sécante modifie sont nécessaires pour aboutir au critère macroscopique. Les capacités prédictives des modèles micro-macro proposés ont été démontrés a travers une large validation expérimentale
The objective of this thesis is to model the mechanical behavior of cement based materials, such as cement paste and concrete, which are subject to carbonation and leaching. These chemical reactions between the cementitious material and the surrounding aggressive environment lead to changes in the material microstructure and consequently on the mechanical behavior, and can have a significant impact on the durability of structures. To characterize the mechanical behavior of these chemically influenced materials, two different approaches are proposed in this thesis: the macroscopic and microscopic approach. In the first part, a macroscopic approach is used. The interest is to use a classical elastoplastic model to see the effect of carbonation and lixiviation on the elastic and plastic parameters. This model is then coupled with an interface model to describe the mechanical behavior and the failure process of cementitious materials, taking into account the localization of deformations on a shear band. In the second part, by taking advantage of micro-macro models, it is possible to explicitly link the microstructure evolution during the degradation to the mechanical behavior of the material. Two or three homogenization steps based on the modified secant method are needed to reach the macroscopic criterion. The predictive capabilities of micro-macro models proposed here have been demonstrated through a wide experimental validation

Dans cette thèse, nous présentons une modélisation numérique du comportement élastoplastique d'une pâte de ciment soumise à la dégradation chimique. Une courte synthèse bibliographique est d'abord présentée sur la composition minéralogique, la chimie, le comportement mécanique de base, les mécanismes de dégradation chimique et le couplage chimie-mécanique des matériaux cimentaires en général et de la pâte de ciment en particulier. En se basant sur cette synthèse et des données expérimentales, un modèle de comportement élastoplastique est ensuite formulé dans le chapitre 2, pour des pâtes de ciment soumises essentiellement à des contraintes de compression. Deux mécanismes de déformations plastiques sont identifiés, liés respectivement au cisaillement déviatorique et à la compaction des pores. En définissant la dégradation chimique par une variable d'endommagement chimique, les propriétés élastiques et plastiques sont affectées par cet endommagement. Les essais mécaniques effectués sur des échantillons sains et chimiquement dégradés sont simulés par le modèle proposé. La détermination de la cinétique de l'endommagement chimique est abordée dans le chapitre 3. En se basant sur un modèle phénoménologique de la lixiviation chimique, la cinétique de l'endommagement chimique est contrôlée par le processus de diffusion des ions calcium dans la solution interstitielle. La concentration en calcium de la solution interstitielle est alors considérée comme la variable d'état chimique. La variation de la teneur en calcium dans la matrice solide et celle de la porosité sont reliées à la concentration en calcium en fluide par la courbe d'équilibre thermodynamique. La méthode des éléments finis est utilisée par la résolution numérique de l'équation de diffusion généralisée. Le modèle proposé est enfin étendu pour inclure l'endommagement mécanique par microfissuration afin de décrire le comportement fragile des matériaux cimentaires. Un exemple d'application du modèle à une structure soumise à la dégradation chimique est présenté
Thesis presents elastoplastic modelling of cement-based materials coupledwith chemical degradation and mechanical damage. The emphasis is put on cementpaste subjected to compressive stresses. A short literature review is first presented on the mineralogical composition, chemical degradation mechanisms, basic mechanical behaviour and chemical-mechanical coupling. Based on this analyses and a series of experimental data obtained from uncoupled and coupled tests, an elastoplastic constitutive model coupled with chemical damage is first formulated. Two plastic mechanisms are taken into account; respectivelyrelated to deviatoric shearing and pore collapse. The chemical damage is identified as relative variation of porosity. Elastic and plastic properties are affected by chemical damage. Numerical simulations are compared with experimental data and good agreements have been obtained. The evolution of the chemical damage has been described by the generalized diffusion equation which is based on the mass balance equation and a phenomenological chemistry model. We have used finite element method to solve the generalized diffusion equation. Coupled chemical-mechanical tests have been simulated by the proposed model and we have also obtained satisfactory concordance. An extension of the model is finally proposed by including mechanical damage due to microcracks in order to describe brittle responses of material under tensile stresses and low confining pressures. An example of application to structural analysis with chemical degradation is presented. It has been shown that the proposed model describes correctly the main features of the mechanical behaviours of cement-based materials at different stress conditions with chemical degradation

Ce travail propose une méthode acoustique de contrôle non destructif du béton pour les structures du génie civil. Les ondes utilisées dans cette thèse sont des ondes de surface, car elles ont la propriété de pénétrerle matériau sur une profondeur égale à leur longueur d’onde. L’auscultation du béton est faite à l’aide de deuxscanners : un premier scanner appliquant cette méthode avec des ondes hautes fréquences a été utilisé pourcaractériser la peau d’un béton, tandis qu’un second scanner utilisant des ondes basses fréquences, développé dansle cadre de ce travail, a permis de caractériser un béton sur l’épaisseur d’un mur entier. Afin de déterminer lescapacités et les limites de cette méthode pour le contrôle non destructif du béton, plusieurs pathologies ouconditions environnementales du béton ont été simulées en laboratoire sur des éprouvettes. Ces éprouvettes ontensuite été auscultées de manière non destructive avec les scanners acoustiques, puis de manière destructive avecdes tests matériau. Les pathologies ou conditions en question sont la lixiviation, la délamination, lamicro/macrofissuration du béton, et son état de saturation. La comparaison des résultats nous a permis de conclureque cette méthode et ces scanners sont capables de détecter et déterminer la profondeur d’une lixiviation du béton,de même que pour une délamination au sein de béton, de suivre l’évolution d’un front de saturation au sein d’uncalcaire mais pas encore au sein d’un béton, et de détecter et suivre la contrainte et la microfissuration ainsi quel’évolution de macro fissures, notamment grâce à des mesures automatisées effectuées in situ sur la structure deVeRCoRs
This work proposes a method for the non-destructive testing of concrete for civil engineering structures.This method is based on the emission and reception - when the surface wave has passed through the material - ofacoustic sonic and ultrasonic waves. The waves used in this thesis are surface waves, as they have the property ofpenetrating the material to a depth equal to their wavelength. The auscultation of concrete is done using twoscanners: a first scanner applying this method with high frequency waves was used to characterize the concreteskin, while a second scanner using low frequency waves, developed within the framework of this work, made itpossible to characterize a concrete over the thickness of an entire wall. In order to determine the capabilities andlimitations of this method for the non-destructive testing of concrete, several pathologies or environmentalconditions of concrete were simulated in the laboratory on test specimens. These specimens were then examinednon-destructively with acoustic scanners and destructively with material tests. The pathologies or conditions inquestion were leaching, delamination, micro/macrocracking of the concrete, and its state of saturation. Comparisonof the results allowed us to conclude that this method and these scanners are able to detect and determine the depthof a leaching of concrete, as well as for a delamination within concrete, to follow the evolution of a saturation frontwithin a limestone but not yet within a concrete, and to detect and follow the stress and micro-cracking as well asthe evolution of macro-cracks, in particular thanks to automated measurements carried out in situ on the VeRCoRsstructure

Au travers d'une approche interdisciplinaire, les travaux réalisés démontrent l'importance de certaines caractéristiques cristallochimiques dans le fonctionnement du système thiobacillus-pyrite. L'oxydation bactérienne de pyrites pures est marquée par le développement progressif et anisotrope de macropores rectilignes sans diminution sensible de granulométrie. Cette porosité intragranulaire peut atteindre 35% après 60 jours de biooxydation. Une étude détaillée des figures de corrosion présentées par des grains de pyrite provenant des pulpes biolixiviées ou des surfaces polies immergées dans les réacteurs met en évidence l'importance de facteurs cristallochimiques déterminants pour la dissolution bactérienne des pyrites: la cristallinité, la composition chimique (présence d'arsenic) et l'hétérogénéité minéralogique. L'emploi d'une électrode de pyrite originale, particulièrement sensible aux modifications superficielles (électriques ou physiques) du minéral aide à mettre en évidence quatre phases distinctes au cours du cycle de biooxydation d'une pyrite et à préciser pour chacune d'entre elles les réactions électrochimiques impliquées. L'utilisation conjointe de techniques spectroscopiques (sirtf, uv et xps) a permis d'identifier les phases superficielles initialement présentes (feso#4, fe#2(so#4)#3, soufre s#8 ou oxydes et hydroxyde de fer) sur les pyrites étudiées et de suivre leur développement discontinu et hétérogène au cours du cycle de biolixiviation. En fonction de leur taux de recouvrement statistique respectif, ces composés superficiels peuvent modifier de façon drastique l'activité bactérienne. Les résultats conduisent à proposer un modèle mathématique de la corrosion par propagation de pores et un modèle phénoménologique d'évolution des phases superficielles et de leurs effets régulateurs sur l'activité solubilisatrice de thiobacillus ferrooxidans

Dans le contexte actuel de changements globaux, faire face au défi multiple et interconnecté de la sécurité alimentaire et des impacts environnementaux s’avère fondamental pour la durabilité des systèmes agricoles. La thèse s’attache ainsi à évaluer les performances agronomiques et environnementales des systèmes en AB, en couplant un suivi expérimental réalisé sur un réseau de 35 parcelles agricoles dans la région Hauts-de-France, avec la modélisation du continuum sol-plante-atmosphère afin de mieux comprendre les processus expliquant les dynamiques de l’eau et de l’azote dans ces systèmes, en vue de promouvoir des pratiques de gestion durables.Dans un premier temps, le drainage d’eau et la lixiviation d’azote ont été quantifiés en couplant les données sol-culture-climat et le modèle LIXIM. L’analyse de la lixiviation des parcelles agricoles a permis de déterminer que les facteurs qui expliquent la variabilité. Outre le fort effet sol et l’importance des conditions climatiques sur le drainage, ils sont principalement liés à la combinaison de précédent cultural et de gestion de la couverture du sol en automne. Ces deux derniers jouent en effet sur la quantité d’azote minéral présent avant la période de drainage et expliquent la position du nitrate dans le profil de sol. Nos résultats ont montré le rôle dichotomique des légumineuses dans les systèmes de grandes cultures en AB, et la faible performance des cultures intermédiaires car semées tardivement en automne dans ce contexte.Dans un second temps, le diagnostic des déterminants de l’écart au rendement des cultures ou yield gap a été réalisé via une approche par modélisation déterministe. Le modèle sol-culture STICS a servi à estimer les différents niveaux de rendement potentiel et décomposer le yield gap, en s’appuyant sur le cas du blé tendre et du triticale. Les résultats montrent que le stress en azote permet d’expliquer la majeure partie du yield gap survenant en AB, et dans une moindre mesure les facteurs liés à la pression biotique, pour des systèmes recourant à peu ou pas d’apport azoté exogène.Finalement, le défi de la fourniture en azote dans les systèmes de grandes cultures en AB a été abordé afin de contribuer à une meilleure efficience d’utilisation de l’azote et une amélioration de la productivité des parcelles. Le modèle STICS a permis de simuler l’impact de pratiques de gestion alternatives de l’azote, par expérimentation numérique menée dans le cadre d’une approche participative, mobilisant les agriculteurs, les conseillers techniques et les chercheurs. Les résultats indiquent l’importance de la succession et des pratiques culturales, en particulier la mise en place de cultures intermédiaires et la gestion du retournement des luzernières. L’optimisation des pratiques des agriculteurs restent ainsi possible, en réduisant les émissions potentielles d’azote par lixiviation ou par pertes gazeuses, sans léser la fourniture en N pour les cultures.Dans les contextes pédo-technico-climatiques étudiés, les systèmes de grandes cultures en AB peuvent ainsi combiner performance agronomique et faibles impacts environnementaux, lorsque la gestion de l’azote est bien maîtrisée
Nowadays, in a context of global changes, addressing the interlinked challenges of food security and environmental impacts is fundamental for the sustainability of agricultural systems. Therefore, the thesis aimed to assess agronomic and environmental performances of organic systems, by coupling the experimental monitoring of a 35 organic fields network in the Northern region of France with modeling the soil-crop continuum, to better understand the underlying processes in water and nitrogen dynamics within those systems, and to promote a more sustainable management.Water drainage and nitrate leaching were assessed by coupling soil, crop and climate data within LIXIM model. Then we analyzed N leaching pattern under diverse organic arable fields to explain its main driving factors. Leaving aside the strong soil type effect and the importance of climatic conditions on drainage, the combination of previous crops and autumn field management appeared to be a key determinant of nitrate leaching in the studied organic systems, as they both drive the amount of soil mineral nitrogen before draining period and explain the position of nitrate in the soil profile. We also showed the dichotomous role of legumes as preceding crop in organic cropping systems and the poor performance of the standard catch crops, sown in late summer in this context.Yield gap of cereals was investigated using a deterministic modeling approach as a diagnosis tool, to contribute in improving the productivity of organic agriculture. The soil-crop model STICS was used to estimate the potential yields of each studied winter wheat and winter triticale crop fields in their given soil and climate conditions. Our results reasserted how nitrogen stress could explain a major part of the yield gap occurring in organic crops and outweigh biotic limiting factors impacts, for cropping systems relying on few or no manures for nitrogen supply.Lastly, we aimed to address the challenge of nitrogen supply in organic arable systems for a better nitrogen use efficiency and improved crop yields. We used the model STICS to simulate the impact of alternative nitrogen management practices by carrying out a numerical experiment in a participatory approach involving farmers, technical advisors and researchers. The findings emphasized the importance of crop succession design and management practices, particularly the implementation of catch crops and the timing of the destruction of perennial legume crops. Optimizing the farmer’s actual practices could then be possible, reducing the potential emissions of nitrogen via leaching or gaseous losses, without decreasing the nitrogen supply for the following crop.Organic arable cropping systems, within the studied soil, technics and climate contexts, can achieve agronomic performances combined with low environmental impacts, with well-managed nitrogen practices