Surveillance de la qualité des milieux aquatiques

Résumé du projet

Le projet NEREIDE vise à renforcer les connaissances sur les contraintes de la réutilisation d’eau usée traitée (REUT) pour l’irrigation agricole, dans le but de lever plusieurs verrous qui limitent son attrait, et donc son développement industriel en France. L’approche proposée intègrera à la fois la mise au point d’un procédé de traitement de l’eau adapté aux contraintes techniques, territoriales, environnementales et socio-économique, et l’étude d’impact de la qualité de l’eau traitée sur un système sol – plante.

Pour cela, de nouveaux procédés d’épuration de l’eau seront développés et testés à l’échelle semi-pilote, tels que des matériaux adsorbants issus de ressources locales et modifiées pour la filtration sur colonne, et des essences végétales locales pour l’élaboration de filtre planté. Des expériences sur sol cultivé seront également réalisées en lysimètres de laboratoire afin de qualifier la qualité d’eau d’irrigation requise pour une utilisation durable du sol agricol.

Ces approches expérimentales inspirées par la nature (NBS) permettront de retenir le procédé le plus prometteur parmi ceux testés, ou plus certainement la combinaison de procédés pour cibler l’abattement d’indicateurs de pathogènes et de contaminants émergents présents dans les eaux usées traitées. Une nouvelle approche d’analyse non-ciblée sera également développée, basée sur l’acquisition d’empreintes moléculaires et inspirée des approches omiques, afin de mieux prendre en compte les problématiques environnementales et sanitaires liée à la REUT.

Porteurs du projet Ressourcement

Jérôme Labille (CEREGE) & Geoffroy Duporté (HSM)

Unités de recherche

CEREGE – Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement

HSM – HydroSciences Montpellier

Résumé du projet

La phase embryo-larvaire est une période critique du fait de la très forte sensibilité des individus en développement à la température, à l’oxygène et aux contaminants. Cette phase est un élément clé de la dynamique des populations et donc de leur viabilité, mais n’est pas étudiée dans les milieux bien que la qualité chimique soit évoquée ou soupçonnée comme un des facteurs impliqués dans l’importante diminution de populations chez certaines espèces. L’étude de la réponse des embryons de poissons à la qualité des milieux repose uniquement sur des approches expérimentales en laboratoire à partir de prélèvements environnementaux (eaux, sédiments, gravières). Cette approche ne permet pas d’intégrer la complexité des milieux, sa variabilité. Des verrous techniques (prélèvement ponctuel et conservation) impactent la qualité physico-chimique de ces échantillons et par conséquent leur toxicité, rendant ainsi difficile l’extrapolation des résultats aux conditions en milieu naturel.

L’approche par encagement d’organismes (test in situ) s’est montrée pertinente pour les invertébrés comme le gammare, mais son utilisation chez les vertébrés est très difficile voire impossible.

Ce projet a pour but de développer une approche dite ex-situ, via une exposition en continu à l’eau du site étudié (par dérivation) pour la réalisation notamment d’un nouveau biotest embryo-larvaire chez le poisson. Les sorties attendues de ce travail sont de proposer, à partir des acquis et connaissances disponibles chez les deux partenaires, une miniaturisation de la méthode existante afin de la rendre mobile et permettre un déploiement rapide et à large échelle.

Porteurs du projet Ressourcement

Olivier Geffard (Riverly)

Eric Rochard (EABX)

Unités de recherche

RIVERLY – Unité de recherche et de développement pluridisciplinaire sur le fonctionnement des hydrosystèmes

EABX – Écosystèmes Aquatiques et changements globaux

Résumé du projet

Les déformations des barrages en enrochement et les phénomènes de chute de blocs en montagne impliquent tous deux des déplacements d’agrégats de géomatériaux, que ce soit au sein de l’ouvrage hydraulique ou le long d’un versant. La considération directe de ces agrégats dans les simulations numériques, via l’adoption d’un point de vue discret, est possible en DEM (Discrete Element Method), mais elle implique bien souvent une idéalisation de la forme des agrégats qui sont alors décrits comme sphériques.

Le projet Nospher propose d’abandonner ce paradigme, en étudiant l’applicabilité et les éventuelles plus-value d’extensions récentes de la DEM aux formes non-sphériques, via l’utilisation de « clumps », de polyèdres convexes, ou d’une fonction « level set » (LS) en LS-DEM. Ces trois stratégies seront alternativement combinées à des mesures expérimentales existantes de formes de géomatériaux, ayant été précédemment obtenues par photogrammétrie (échelle métrique du bloc rocheux), scanner 3D (échelle centi/décimétrique des enrochements), voire tomographie à rayons X (échelle milli/centimétrique). Les performances des différentes stratégies en termes de précision et d’aisance de calibration, de même que leurs coûts de calcul, seront comparées sur des études de cas relatives au comportement mécanique des enrochements et à la trajectographie.

Le haut niveau d’expertise en modélisation DEM 3D acquis par l’Institut dans le cadre de ce projet permettra de viser par la suite des collaborations avec des maîtres d’ouvrages et bureaux d’étude en hydraulique (pour les enrochements de barrage), et des bureaux d’étude en risques naturels (pour les chutes de blocs).

Porteurs du projet Ressourcement

Jérôme Duriez (RECOVER)

Franck Bourrier (ETNA)

Unités de recherche

RECOVER – Risques, ECOsystèmes, Vulnérabilité, Environnement, Résilience

ETNA – Érosion torrentielle, neige et avalanches

Résumé du projet

Les géomembranes sont utilisées dans le génie civil pour assurer l’étanchéité de différents types d’ouvrages : ouvrages d’art, voies ferrées, routes, bassins de rétention d’eaux usées, bassins de stockage de déchets, barrages, digues, réservoirs, etc… Ces géomembranes peuvent être bitumineuses ou polymériques, chaque famille disposant de caractéristiques propres : dimensionnelles, mécaniques et physico-chimiques. Ces caractéristiques doivent être prises en compte pour la conception et le dimensionnement des ouvrages. De plus, la connaissance de la durée de vie d’une géomembrane soumise à plusieurs sollicitations (mécaniques, hydrauliques ou physico-chimiques) est une préoccupation importante des industriels, maîtres d’œuvre et maitres d’ouvrage. En effet, la défaillance d’une géomembrane, garante de l’étanchéité d’un ouvrage, peut engendrer la défaillance de ce dernier et potentiellement générer des conséquences économiques, environnementales et humaines considérables.

Une question essentielle se pose alors : comment peut-on prévoir au plus juste la durée de vie de la géomembrane utilisée ? Comment cette géomembrane se comportera vis-à-vis des sollicitations externes après plusieurs années voire plusieurs décennies de service ? Nous souhaitons proposer à travers un partenariat de R&D « laboratoire/industriel » une réponse adaptée à la problématique d’évaluation de la durabilité des géomembranes, basée notamment sur un protocole expérimental couplé à un modèle numérique permettant de déterminer au plus juste leur durée de vie en service.

Porteur du projet PITI

Gisèle BAMBARA

Unité de recherche

RECOVER – Risques, ECOsyslèmes, Vulnérabilité, Environnement, Résilience

Résumé du projet

Dans le contexte actuel, développer une recherche de qualité, c’est bien souvent s’appuyer sur une base informatique puissante. La modélisation pluie-débit distribuée telle que réalisée avec le logiciel ATHYS en est un bon exemple.

L’ATelier HYdrologique Spatialisé, ATHYS, a pour objectif de réunir dans un environnement convivial et homogène un ensemble de modèles hydrologiques associés à des traitements de données hydro-climatiques et géographiques (Bouvier et Delclaux, 1996 ; Bouvier et al., 2010 ; Bouvier et al., 2012). Il a été développé à l’IRD pour des applications diverses : gestion de la ressource en eau, prévision ou prédétermination des événements extrêmes, études d’impact liées à des modifications anthropiques ou climatiques. Le modèle accompagne plusieurs projets scientifiques et il est intégré et utilisé pour des études opérationnelles d’observations, de prospectifs, … ayant produit des résultats satisfaisants et avancés ainsi que plusieurs publications scientifiques et de mises en œuvre opérationnelles sur certains terrains d’études avec les partenaires. Il contient des algorithmes originaux facilitant le traitement des données (forçage de la topologie de drainage, délimitation et analyse des épisodes pluie-débit, …) et la modélisation des processus hydrologiques.

La plateforme ATHYS est opérationnelle et fonctionnelle mais ne dispose pas de maturité industrielle. C’est dans cet objectif que l’unité de rechercher HydroSciences Montpellier effectue une demande d’appui financier. Le projet consiste à assurer la continuité de ce modèle, avoir une visibilité d’évolutions techniques et organisationnelles sur son exploitation et son utilisation industrialisée afin d’élargir l’accès à une plus large communauté d’utilisateurs et de partenaires. In fine, il s’agit d’aller vers un partenariat plus étendu et l’établissement de relations étroites avec le secteur privé en lien avec le domaine de l’eau et les risques (DS4) qui y sont associés notamment dans le contexte global actuel de changement climatique.

Porteur du projet PITI

Stéphane Debard

Unité de recherche

HSM – HydroSciences Montpellier

Résumé du projet

La profession (gestionnaires d’ouvrages, ingénierie) ressent un besoin croissant d’outils permettant un diagnostic efficace et efficient des digues de protection contre les inondations. INRAE RECOVER travaille depuis de nombreuses années sur un modèle d’évaluation de la performance des digues à base d’indicateurs. Ces travaux ont été partiellement valorisés (publications, conférences), mais jamais transférés aux gestionnaires d’ouvrages. En parallèle, un outil de gestion des données des digues (SIRS digues) a été proposé par l’association France Digues. Le SIRS digues a bénéficié du soutien de l’INRAE, par et pour les gestionnaires de digues afin de répondre à leurs besoins.

L’objectif du projet DigDiag (Diagnostic des Digues) est de créer un démonstrateur pouvant servir pour implémenter un nouveau module pour le SIRS,qui permettrait, grâce à la méthode d’évaluation de performance des digues d’INRAE, la production de diagnostics des digues.

Porteur du projet PITI

Franck Taillandier

Unité de recherche

RECOVER – Risques, ECOsystèmes, Vulnérabilité, Environnement, Résilience

Résumé du projet

L’équipe hydraulique des rivières de l’UR RiverLy (INRAE) développe plusieurs codes de calcul hydro-sédimentaire unidimensionnels (Mage pour l’hydraulique en fluvial ; AdisTS pour le transport solide en suspension ; et RubarBE pour l’hydraulique torrentielle et les évolutions morphodynamiques). Ces codes sont distribués aux utilisateurs avec une plateforme de pré et post processing : PamHyr. Cette plateforme a été développée en Java et nécessite aujourd’hui d’être ré-écrite en Python afin d’être plus évolutive, intégrer plusieurs mises à jour pour Mage et RubarBE et intégrer AdisTS à la plateforme.

Le développement de la nouvelle version de PamHyr se fera principalement par l’intermédiaire d’un ingénieur contractuel en développement informatique (9 mois) encadré par Jean-Baptiste Faure, André Paquier, et Benoît Camenen. En tant qu’utilisatrice future, Violaine Dugué de la CNR s’impliquera dans la définition des besoins ainsi que dans la partie « test et validation ».

Porteur du projet PITI

Benoit Camenen

Unité de recherche

RIVERLY – Unité de recherche et de développement pluridisciplinaire sur le fonctionnement des hydrosystèmes