Infiltration des eaux de ruissellement pluvial et transfert de polluants associés dans un sol urbain PDF Download
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Author: Isabelle Martinelli
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Author: Isabelle Martinelli
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Author: Simone Di Prima
Publisher: MDPI
ISBN: 3039365053
Category : Science
Languages : en
Pages : 222
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Soil hydrology determines the water–soil–plant interactions in the Earth’s system because porous medium acts as an interface within the atmosphere and lithosphere; regulates main processes such as runoff discharge, aquifer recharge, movement of water, and solutes into the soil; and ultimately the amount of water retained and available for plants growth. Soil hydrology can be strongly affected by land management. Therefore, investigations aimed at assessing the impact of land management changes on soil hydrology are necessary, especially to optimize water resources. This Special Issue collects 12 original contributions addressing the state-of-the-art advances in soil hydrology for sustainable land management. These contributions cover a wide range of topics including (i) the effects of land use change, (ii) water use efficiency, (iii) erosion risk, (iv) solute transport, and (v) new methods and devices for improved characterization of soil physical and hydraulic properties. They include both field and laboratory experiments as well as modelling studies. Different spatial scales, i.e., from field to regional scales, and a wide range of geographic regions are also covered. The collection of these manuscripts presented in this Special Issue provides a relevant knowledge contribution for effective saving water resources and sustainable land management.
Author: Urbain Fifi
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Languages : fr
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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.
Author: Jérôme Raimbault
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Ce travail s'inscrit dans le cadre de la gestion des eaux pluviales en ville. li porte sur le transfert de nanoparticules manufacturées dans un sol macroporé pour prendre en compte la présence d'hétérogénéités dans les sols naturels et les écoulements préférentiels induits. li inclut un ensemble d'expérimentations en colonne de laboratoire permettant dans un premier temps d'étudier l'effet d'un macropore dans une matrice sableuse sur le transfert non réactif. Injection de traceurs en colonnes de laboratoire, observation des processus à l'aide de l'imagerie par Résonance Magnétique et modélisation numérique ont permis de mettre en évidence l'effet du macropore sur les écoulements et sa dépendance vis-à-vis des conditions aux extrémités de la colonne (présence ou absences de filtres). Le transfert réactif est étudié dans un deuxième temps par l'injection de nanoparticules d'argent dans les mêmes conditions d'écoulement. Des facteurs déterminants du transfert ont été démontrés, notamment, le rôle du stabilisant citrate de la suspension de nanoparticules dans la remobilisation de particules argileuses résiduelles présentes dans la matrice sableuse. Ces travaux ont permis de mesurer (estimer ?) l'impact de macropores sur les transferts non réactifs et réactifs en laboratoire. Ces données montrent qu'une attention particulière doit être portée aux conditions hydrodynamiques imposées par le système expérimental, ainsi qu'à la complexité réactionnelle induite par la préparation des suspensions de nanoparticules.
Author: Nicolas Neveu
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Avec le développement de l'urbanisation, les eaux pluviales ont de plus en plus de difficultés à s'infiltrer dans les sols. L'infiltration des eaux pluviales (EP) s'inscrit dans le cycle naturel de l'eau. Cette recherche s'attache à décrire les différentes techniques infiltration des eaux pluviales dans le sol et à déterminer les interactions et limites de celles-ci pour la gestion de l'eau. Plus précisément, l'étude du cycle court des eaux pluviales dans les interactions de sub-surface (infiltration/ruissellement). Face à ce constat, l'étude recherche l'optimisation de la gestion des eaux pluviales en milieu urbain pour intégrer ce paramètre dans les projets d'urbanisme. Une meilleure connaissance des mécanismes de rétention, de transfert et d'infiltration en milieu urbain permettra d'évaluer les effets des constructions existantes et d'orienter les décisions futures d'aménagement vers la non détérioration du patrimoine anthropique et naturel. L'étude tente de cerner les différents cheminements de l'eau selon l'intensité et la durée de la pluie : stagnation des eaux, axes de drainage par infiltration ou ruissellement. L'infiltration peut se décomposer en 3 phénomènes : évolution du gradient d'humidité du sol, l'écoulement horizontal de sub-surface (avec des axes de drainage) et la percolation verticale (en profondeur) vers la nappe. A Argenteuil, l'infiltration horizontale a été identifiée comme le principal mécanisme (axe de drainage). Les sitesexpérimentaux sont des sites représentatifs en ville avec des sols hétérogènes caractéristiques de zone urbaine. En fait, cette étude met en évidence les difficultés de l'évaluation de l'infiltration en milieu urbain. Ceci peut s'expliquer par la complexité des mécanismes en jeu. La seule corrélation observée concerne les interactions entre le niveau de la Seine et les nappes des surfaces environnantes (sur une frange de 200 mètres pour ces investigations). Une première approche a permis de définir les zones propices à l'infiltration en tenant compte des chemins préférentiels supposés et des contraintes de sol. Cette suggestion nécessite d'être vérifiée et corrélée par des analyses complémentaires. Ces données permettront d'appréhender et comprendre les mécanismes en jeu pour prévoir et adapter les dispositions constructives si nécessaire. Mots clés : eaux pluviales, infiltration, piézomètres, sol, nappe, ruissellement, hydrogéologie, urbanisation.
Author: Damien Tedoldi
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L'essor que connaît aujourd'hui la gestion intégrée des eaux pluviales s'accompagne d'un recours croissant à des techniques favorisant l'infiltration de l'eau “à la source”, disséminées sur des bassins versants urbains. Néanmoins, de telles pratiques suscitent des interrogations sur la capacité du sol à jouer le rôle de “filtre” vis-à-vis des polluants présents dans le ruissellement. Ces travaux de thèse s'intéressent à la contamination du sol par les métaux et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans ces dispositifs, avec trois objectifs : (i) évaluer les niveaux et l'étendue spatiale de la contamination, (ii) mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le devenir de ces contaminants dans le sol des ouvrages, et (iii) proposer des recommandations sur la conception et la maintenance de ces installations, afin de leur assurer un fonctionnement épuratoire durable.La première partie du travail consiste en une série d'investigations expérimentales sur dix sites d'étude aux caractéristiques contrastées, en service depuis plus de dix ans. Cette phase donne lieu à des cartographies de la contamination superficielle en éléments traces métalliques, puis à des profils verticaux de métaux et HAP, accompagnés de différentes variables explicatives. La distribution spatiale des métaux en surface, qui est toujours structurée autour de la zone d'arrivée de l'eau, porte la signature du fonctionnement hydraulique réel des dispositifs, et révèle le caractère non-uniforme de l'infiltration lors des événements pluvieux courants, qui représentent la plus grande partie du flux polluant à l'échelle annuelle. Dans la zone la plus contaminée des ouvrages, métaux et HAP présentent un enrichissement significatif sur 10 à 40 centimètres de profondeur. La rétention des contaminants résulte de la combinaison de processus physico-chimiques (adsorption) et mécaniques (sédimentation et filtration) ; leur importance relative peut être quantifiée grâce au déficit de zirconium dans le sédiment urbain par rapport au bruit de fond géochimique local. La variabilité inter-sites des niveaux de contamination s'explique à la fois par les capacités de rétention du sol et par les flux de polluants issus du bassin versant d'apport. Bien que les teneurs de surface excèdent, sur certains sites, les seuils internationaux de remédiation du sol pour des espaces “multifonctionnels”, la zone concernée représente -- latéralement et verticalement -- une région assez limitée dans les ouvrages.La seconde partie de la thèse consiste en une approche de modélisation, dont la finalité est de décrire l'évolution à long terme de la contamination du sol, et d'évaluer l'incidence de différentes pratiques de conception ou de gestion. Une analyse de sensibilité est d'abord mise en œuvre afin d'identifier les “éléments-clés” dans la description du système, et d'orienter le choix du modèle. Les résultats montrent qu'une mauvaise estimation de la dispersivité ou de l'isotherme d'adsorption du sol est susceptible de biaiser significativement la prévision des profils de contamination. Dans la suite du travail, on propose une méthode visant à décrire l'infiltration non-uniforme et la filtration des polluants particulaires. Le modèle ainsi construit est validé via une comparaison entre mesures et simulations sur l'un des sites d'étude faisant l'objet d'une nouvelle caractérisation approfondie. Enfin, une analyse de scénarios illustre les bénéfices d'un amendement de l'horizon superficiel par un matériau adsorbant, ainsi que d'une répartition homogène des flux d'eau en surface, en matière de durée de vie des installations et de fréquence d'intervention.
Author: Armelle Gautier
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Languages : fr
Pages : 252
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L'infiltration des eaux de ruissellement pluvial est aujourd'hui une technique d'assainissement alternative au réseau largement utilisée. Les gestionnaires de système d'assainissement n'ont cependant pas à leur disposition les connaissances et les outils nécessaires à une gestion correcte de tels ouvrages : le rendement épuratoire, l'impact sur les sols et les nappes et le vieillissement par colmatage de ces ouvrages sont mal connus. Par conséquent, les méthodes d'entretien restent très empiriques. Un recensement des phénomènes mécaniques, chimiques et biologiques qui interviennent dans le fonctionnement des ouvrages d'infiltration d' eau de ruissellement pluvial, a permis de mettre en évidence les phénomènes prépondérants et de formuler l'hypothèse que l'interface ouvrage-sol joue un rôle très important dans le fonctionnement tant quantitatif que qualitatif. Nous avons ensuite travaillé à la confirmation de cette hypothèse en rassemblant des connaissances et des expériences menées dans des domaines larges de l'infiltration. Cette synthèse, complétée par l'identification des méthodes qui peuvent être mises en œuvre pour mesurer le rôle de cette interface nous a permis d'identifier les besoins et les lacunes actuelles sur le thème : notamment, la nécessité d'expérimenter sur des ouvrages réels afin de compléter les connaissances sur le fonctionnement qualitatif et sur le colmatage et la nécessité de développer des modèles de comportement des ouvrages et de leur évolution. Pour répondre à ces besoins, deux campagnes de mesure ont été exploitées comme source de connaissances sur le fonctionnement qualitatif. Pour chacune d'elles, nous avons mené deux approches : une approche ponctuelle (court terme) et une approche intégratrice (long terme). Pour avancer sur la modélisation, nous avons essayé de caler à l’aide de mesures existantes, un modèle donnant la capacité d'infiltration d'un ouvrage, intégrant explicitement un paramètre évolutif de colmatage. Nous avons également essayé d'expliciter ce paramètre par des données d'environnement et de qualité des effluents dont nous disposions.
Author: Nadège Bernard-Valette
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Languages : fr
Pages : 300
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La recherche présentée s'attache à analyser la faisabilité d'un outil de simulation permettant d' évaluer les impacts sur les eaux souterraines de l'infiltration des eaux pluviales en milieu urbanisé. Le contexte considéré est celui de l'aide à la gestion à moyen et à long terme de la ressource en eau, à l'échelle de l'aquifère. La recherche se décline selon deux axes. Le premier consiste en une analyse bibliographique et en une critique des connaissances actuellement disponibles pour l'élaboration de l'outil de simulation. Cette approche permet d 'identifier les différentes problématiques qui lui sont associées et de préconiser des principes de modélisation. La seconde étape de la recherche s'attache à proposer un tel outil pour l'aquifère de l'Est Lyonnais. La chaîne de simulation envisagée privilégie une représentation simplifiée des phénomènes. Elle est composée de trois groupes de modèles correspondant aux principales étapes de l'infiltration des –L eaux pluviales vers les eaux souterraines : - apports pluvieux à la surface des sols, - répartition spatiale de l'infiltration de l'eau et des polluants à la surface des sols et dans les dispositifs d'infiltration des eaux pluviales (bassins, puits), -transfert de l'eau et des polluants dans les ouvrages d'infiltration et dans les zones non saturée et saturée de l'aquifère. L'outil de simulation proposé est mis en œuvre sur l'un des couloirs hydrogéologiques de l'aquifère de l'Est Lyonnais (couloir de Décines). Cette application concrète permet de tester certains éléments de modélisation, d'identifier les informations à acquérir ou à préciser sur le couloir de Décines et d'illustrer les potentialités de l'outil de simulation dans un contexte d'aide à la gestion de la ressource en eau.
Author: Nadège Bernard-Valette
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Languages : fr
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Book Description
LA RECHERCHE PRESENTEE S'ATTACHE A ANALYSER LA FAISABILITE D'UN OUTIL DE SIMULATION PERMETTANT D'EVALUER LES IMPACTS SUR LES EAUX SOUTERRAINES DE L'INFILTRATION DES EAUX PLUVIALES EN MILIEU URBANISE. LE CONTEXTE CONSIDERE EST CELUI DE L'AIDE A LA GESTION A MOYEN ET A LONG TERME DE LA RESSOURCE EN EAU, A L'ECHELLE DE L'AQUIFERE. LA RECHERCHE SE DECLINE SELON DEUX AXES. LE PREMIER CONSISTE EN UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ET EN UNE CRITIQUE DES CONNAISSANCES ACTUELLEMENT DISPONIBLES POUR L'ELABORATION DE L'OUTIL DE SIMULATION. CETTE APPROCHE PERMET D'IDENTIFIER LES DIFFERENTES PROBLEMATIQUES QUI LUI SONT ASSOCIEES ET DE PRECONISER DES PRINCIPES DE MODELISATION. LA SECONDE ETAPE DE LA RECHERCHE S'ATTACHE A PROPOSER UN TEL OUTIL POUR L'AQUIFERE DE L'EST LYONNAIS. LA CHAINE DE SIMULATION ENVISAGEE PRIVILEGIE UNE REPRESENTATION SIMPLIFIEE DES PHENOMENES. ELLE EST COMPOSEE DE TROIS GROUPES DE MODELES CORRESPONDANT AUX PRINCIPALES ETAPES DE L'INFILTRATION DES EAUX PLUVIALES VERS LES EAUX SOUTERRAINES : - APPORTS PLUVIEUX A LA SURFACE DES SOLS, - REPARTITION SPATIALE DE L'INFILTRATION DE L'EAU ET DES POLLUANTS A LA SURFACE DES SOLS ET DANS LES DISPOSITIFS D'INFILTRATION DES EAUX PLUVIALES (BASSINS, PUITS), - TRANSFERT DE L'EAU ET DES POLLUANTS DANS LES OUVRAGES D'INFILTRATION ET DANS LES ZONES NON SATUREE ET SATUREE DE L'AQUIFERE. L'OUTIL DE SIMULATION PROPOSE EST MIS EN OEUVRE SUR L'UN DES COULOIRS HYDROGEOLOGIQUES DE L'AQUIFERE DE L'EST LYONNAIS (COULOIR DE DECINES). CETTE APPLICATION CONCRETE PERMET DE TESTER CERTAINS ELEMENTS DE MODELISATION, D'IDENTIFIER LES INFORMATIONS A ACQUERIR OU A PRECISER SUR LE COULOIR DE DECINES ET D'ILLUSTRER LES POTENTIALITES DE L'OUTIL DE SIMULATION DANS UN CONTEXTE D'AIDE A LA GESTION DE LA RESSOURCE EN EAU.
Author: FREDERIC.. PLASSARD
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Languages : fr
Pages : 145
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Book Description
LES TECHNIQUES DE GESTION DES EAUX PLUVIALES URBAINES, ALTERNATIVES AUX RESEAUX UNITAIRES, RECOURENT FREQUEMMENT AUX OUVRAGES D'INFILTRATION. LES EAUX DE RUISSELLEMENT SE CHARGENT EN POLLUANTS, NOTAMMENT EN METAUX LOURDS, ET LEUR INFILTRATION PEUT GENERER UN RISQUE DE CONTAMINATION DU SOL ET/OU DES EAUX SOUTERRAINES. CE TRAVAIL A POUR OBJECTIF UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DES INTERACTIONS ENTRE LES CATIONS METALLIQUES ET LA ZONE NON SATUREE EN EAU D'UN SOL RICHE EN CARBONATE, REPRESENTATIF DE L'EST LYONNAIS. NOTRE CONTRIBUTION PORTE SUR LA MISE EN EVIDENCE DE L'EFFET DES LIGANDS, ASSIMILES A DES CONSTITUANTS MODELES DES EAUX PLUVIALES, SUR LA RETENTION PAR LE SOL DE TROIS CATIONS METALLIQUES, CD, PB ET ZN. LE SOL EST CONTAMINE ARTIFICIELLEMENT SELON DEUX PROTOCOLES DE MISE EN CONTACT COMPLEMENTAIRES : UNE APPROCHE STATIQUE SIMULANT L'ETAT D'EQUILIBRE, EN BATCH, ET UNE APPROCHE DYNAMIQUE, EN COLONNES NON SATUREES EN EAU. LA SPECIATION DES CATIONS DANS LA PHASE SOLIDE, OBTENUE PAR EXTRACTION CHIMIQUE SEQUENTIELLE, PERMET D'APPREHENDER LES MECANISMES DE RETENTION. LA PREMIERE PARTIE CONSIDERE LES SYSTEMES SOL/CATIONS METALLIQUES ET LES EXPERIENCES PERMETTENT : (I) DE METTRE EN EVIDENCE L'EFFET DE LA CONCENTRATION INITIALE DU CATION METALLIQUE SUR LA RETENTION PAR LE SOL ; (II) DE DETERMINER LES MODES DE RETENTION DANS LE SOL ET LES COMPORTEMENTS DIFFERENTS DES METAUX ; (III) DE SOULIGNER LES DIFFERENCES ENTRE LES DEUX METHODES DE MISE EN CONTACT. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LES SYSTEMES SOL/CATIONS METALLIQUES/LIGANDS AVEC TROIS LIGANDS : LES IONS CHLORURE, PHTALATE ET EDTA. LES PROFILS D'ELUTION EN COLONNE ET LES SPECIATIONS PERMETTENT : (I) DE METTRE EN EVIDENCE L'EFFET DE LA NATURE ET DE LA CONCENTRATION DU LIGAND SUR LA QUANTITE DE CATION METALLIQUE RETENU ET SUR LA SPECIATION DANS LE SOL ; (II) DE SOULIGNER LES DIFFERENCES D'EFFET D'UN MEME LIGAND SUR LES CATIONS METALLIQUES ; (III) DE CONFORTER LES HYPOTHESES CONCERNANT L'IMPACT DU MODE DE MISE EN CONTACT.
