Les changements attendus dans le climat, dont l'augmentation de l'intensité des événements extrêmes, risquent d'entraîner une diminution du niveau de service des réseaux de drainage. Dès lors, des mesures d'adaptation doivent être mises en place afin de maintenir un niveau de service acceptable en climat futur dans un contexte de changements climatiques. Dans cette étude, le climat futur a été modélisé en considérant une augmentation de 15% de l'intensité des pluies de conception de type SEA et triangulaire pour les périodes de retour 2, 5, 10 et 20 ans à l'horizon 2040 - 2070. Le présent mémoire rend compte des résultats de simulation, à l'aide du logiciel SWMM 5.0, concernant l'évolution des performances en climat futur de deux secteurs urbains (un réseau unitaire et un réseau pluvial) par différents indices soit les indices inondation, infiltration, volume de surverse et volume à l'usine pour le réseau unitaire et les indices inondation, infiltration, ruissellement et débit de pointe à l'exutoire pour le réseau pluvial. Les résultats ont montré, pour le réseau unitaire, une augmentation des volumes de surverse pour toutes les périodes de retour en climat futur (par exemple, une augmentation de 19% a été notée pour une pluie de récurrence 10 ans). La mise en place de mesures d'adaptation sur ce réseau, telles le contrôle à la source et la rétention, a ensuite été analysée et a montré son efficacité dans l'amélioration des performances. Ainsi, les mesures de contrôle à la source se sont révélées efficaces pour des périodes de retour 2 ans et complémentaires au bassin de rétention en permettant une réduction de 7% de son volume de conception. Par ailleurs, il a été démontré qu'une faible capacité de traitement de l'usine ne permettait pas aux mesures de rétention de montrer leur plein potentiel. Pour le réseau pluvial, les changements climatiques se sont avérés avoir un impact plus important sur le débit de pointe que les conditions antérieures d'humidité.

L'objectif de cette maîtrise est d'évaluer différents modèles hydrauliques simplifiés, ainsi que des méthodes de calage en ligne pour la gestion en temps réel de réseaux d'assainissement par commande prédictive. Les qualités recherchées sont : robustesse, rapidité d'exécution, précision de prédiction, intégration dans le schéma de contrôle et adaptabilité. Les modèles hydrauliques linéaires d'écoulement MA et ARMA, ainsi que onze méthodes de calage (moindres carrés simples, algorithme à facteur d'oubli variable et trace constante, filtre de Kalman et filtre de Kalman augmenté sans et avec contraintes, identification prédictive, quatre variantes de programmation non linéaire) ont été définies et analysées. Des tests ont été faits avec des données simulées à l'aide de SWMM, puis avec des mesures provenant du réseau d'égouts de la Ville de Québec. Les tests présentés dans ce mémoire montrent que les modèles MA couplés aux méthodes de programmation non linéaire produisent les meilleurs résultats.

Pour plusieurs grandes villes nord-américaines et européennes possédant un réseau unitaire, les bassins de rétention sont devenus un moyen courant pour diminuer les rejets polluants aux cours d'eau récepteurs et pour régulariser les charges hydrauliques arrivant à la station en temps de pluie. Cependant, des études démontrent que la vidange des réservoirs a un effet négatif sur le procédé de traitement des stations d'épuration. Cette étude vise deux objectifs: (1) caractériser les eaux unitaires à l' entrée et lors de la vidange d'un réservoir de rétention par temps de pluie pour deux paramètres principaux: matières en suspension (MES) et demande chimique en oxygène (DCO) et (2) évaluer des bilans massiques de polluant à l'entrée et à la sortie d'un bassin de rétention pour estimer l'impact sur la station d'épuration des eaux usées. Pour ce faire, une campagne d'échantillonnage dans laquelle la récolte et l'analyse des eaux unitaires à l'entrée et la sortie ont eu lieu dans un réservoir de rétention utilisant un système de vidange par pompage a été réalisée. Les analyses ont démontré une grande variabilité des eaux unitaires dans le réservoir. Ensuite, on a observé que les particules semblent décanter rapidement, car on les retrouve en grandes quantités lors des premières 30 minutes de la vidange par pompage. Finalement, les bilans de masse réalisés démontrent que les réservoirs de rétention emmagasinent une importante quantité de matières, permettant d'éviter d'importantes contaminations des cours d'eau lors d'événements pluvieux. Lors de la première heure de vidange du réservoir, en moyenne 45% de la totalité des MES est envoyé à la station d'épuration des eaux usées.

La pollution des eaux dans les réseaux unitaires et sanitaires peut être affectée par le changement du comportement hydraulique dans ces derniers. Les Matières en Suspension (MeS) sont considérées comme un indicateur majeur de cette pollution. C’est dans ce contexte que cette étude s’inscrit. Son objectif principal consiste à caractériser le comportement des polluants particulaires dans les réseaux d’assainissement sous différentes conditions hydrauliques. Afin d’atteindre les objectifs de la recherche, des tests de MeS, MVeS (Matières Volatiles en suspension) et ViCAs (Vitesse de Chute en Assainissement) ont été effectués sur des eaux unitaires et sanitaires de la Ville de Québec. De plus, une base de données a été fournie par la Ville de Québec qui a permis d’étudier le comportement hydraulique. Les résultats obtenus en termes de comportement hydraulique en temps de pluie confirment que le débit varie avec les caractéristiques des évènements pluvieux dans le réseau unitaire. Également, une augmentation importante de débit a été observée en réseau sanitaire vieillissant à la suite de pluies. En termes de qualité de l’eau, l’évolution de la concentration en MeS et MVeS est similaire à l’évolution du débit en temps sec. En temps de pluie, des profils décroissants de MeS sont obtenus pour quelques évènements où la concentration la plus forte peut être associée au premier flot. Les variations en termes d’hydraulique du système ont affecté les vitesses de chute des particules observées. En effet, ces vitesses augmentent avec le débit (la vitesse d’écoulement). D’autre part, l’augmentation de la fraction organique des particules coïncide avec une diminution de leurs vitesses de chute. En conclusion, cette étude a permis une meilleure compréhension des processus affectant le comportement des particules dans les réseaux d’assainissement ce qui contribuera à l’amélioration et la prévision de la qualité de l’eau. / Water pollution in combined and sanitary sewers can be affected by changes in hydraulic behaviour in sewer systems. The Total Suspended Solids (TSS) are considered a major indicator of this type of pollution. It is in this context that this study fits. Its main objective is to characterize the behaviour of particulate pollutants in sewer systems under different hydraulic conditions. In order to achieve the research objectives, analyses of TSS, VSS (Volatile Suspended Solids) and ViCAs (Settling velocity in sewage) were performed with combined and sanitary water samples from Québec City. In addition, a database was provided by the city to study the hydraulic behaviour. The results obtained in terms of the hydraulic behaviour in wet weather show that the variation of the flow rate depends on the characteristics of the rain in the combined sewer system. Also, an important increase in flow in the old sanitary sewer was observed in wet weather. In terms of water quality, the evolution of the concentration of TSS and VSS in dry weather follows the evolution of the flow. In wet weather, decreasing TSS profiles are obtained for some events where high concentrations can be associated to first flush. These variations of the system hydraulics and concentrations of TSS and VSS also affected the particle settling velocity distribution measured with the ViCAs protocol. In fact, the settling velocity increases with the flow (flow velocity). On the other hand, an increase in the organic fraction coincides with a decrease in the settling velocity. In conclusion, this study has provided a better understanding of the processes affecting the behaviour of particles in sewer systems, which will contribute to the improvement and the prediction of water quality.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pendant le développement de groupements humains, certains problèmes sont présentés de manière impérative pour assurer le maintien de l´intégrité et de la vie de ses agents. En ce sens, les aspects infrastructurels formé les champs primordiaux. Inséré dans le processus de fixation et de travail, dans des domaines différents, dans différents moments de l´histoire, ces résolutions ont été liées à des mesures salubres, qui par la règle-, se sont déroulés les formes de prévention de la maladie, de confinement et de séparation des locaux insalubres et plus fin du corps aseptique. Compte tenu de la pertinence de ce thème, l´objectif principal de cette étude est d´identifier et de comprendre la relation entre le développement de la ville de Salvador et de préoccupations ont porté sur la réalisation du locus de santé appelé «vieille ville». Par conséquent, nous avons étudié les mécanismes de survenue et le déploiement de l´infrastructure de santé dans ce quartier de la ville, perçus à partir du XVIIIe siècle, les propositions ci-dessus socialistes utopiques hygiénistes de l´Europe. Ainsi, cette recherche sauvegarder la réalisation de la présence d´eaux usées dans cette zone de la ville et les liens possibles avec d´social, économique et politique. Afin d´apporter des réponses fructueuses aux questions posées, l´étude méthodologiquement (1) est basée sur la construction d´une partie théorique et conceptuelle, de la rétrospective historique sur les problèmes de santé tout au long du processus de formation des villes, de l´Antiquité classique villes modernes, (2) reprend l´étude de d´autres chercheurs sur les questions liées à l´étude de l´archéologie, de l´histoire et de l´architecture urbaine, afin de comprendre comment les connaissances traitées par celles-ci, pourrait aider à dévoiler le thème, et (3) l´ à partir de la jonction de données archéologiques, historiques, architecturales, géographiques, ceux qui viennent de l´ingénierie et de la connaissance saisi de la question, nous avons cherché à établir une interprétation sur les vestiges du système des eaux usées, mis au jour lors des enquêtes archéologiques menées par le Projet 7ème étape La récupération du centre historique de Salvador, en abrégé `Projeto Pelourinho´ effectué par le programme Monumenta, avec un financement de l´UNESCO. En dépit de cela réaffirme lui-même comme un premier effort, compte tenu de la nouveauté du sujet dans la discussion archéologique, par conséquent, il est à espérer que cette étude peut être configuré comme un point de départ pour de nouvelles recherches et de travail, dans laquelle les questions d´épuisement et de la santé associé devenir partie pertinente pour comprendre les contextes analysés. / O desenvolvimento de grupos humanos gerou questões imperativas para garantir a manutenção da integralidade e vida de seus agentes. Nesse sentido, aspectos infraestruturais formavam os escopos primordiais. Inseridas nesse processo de ocupação e fixação, em diferentes territórios, em momentos históricos diferenciados, estiveram àquelas resoluções ligadas a medidas salubres, que por via-de-regra, desdobravam em formas de prevenção de doenças, contenção e separação dos espaços insalubres e, mais tarde assepsia corporal. Dada à relevância desse tema, o presente estudo tem como objetivo principal identificar e compreender a relação entre o desenvolvimento da cidade de Salvador e as preocupações voltadas à obtenção da salubridade no locus denominado Centro Histórico . Para tanto, pesquisou-se a ocorrência e implantação de mecanismos de infraestrutura sanitária nesta área da cidade, percebidas a partir século XVIII, o que antecede as proposições higienistas dos socialistas utópicos europeus. Dessa maneira, esta investigação volta-se a compreensão da presença de esgotamento sanitário nesta área da cidade e as possíveis relações com aspectos sociais, econômicos e políticos. Com o intuito de fornecer respostas profícuas às questões levantadas, o estudo metodologicamente (1) se fundamenta na construção de um embasamento teórico-conceitual, a partir da retrospectiva histórica sobre as preocupações sanitárias ao longo do processo de formação de cidades, desde antiguidade clássica até as cidades modernas; (2) retomou considerações de outros estudiosos sobre questões referentes a estudos da Arqueologia urbana, histórica e da Arquitetura, no intuito de entender como o conhecimento processado, por esses, poderia auxiliar no desvelamento do tema e, (3) a partir da junção de dados arqueológicos, históricos, arquitetônicos, geográficos, àqueles vindo das engenharias e o conhecimento apreendido da matéria, buscou-se estabelecer uma interpretação a respeito dos vestígios da rede de esgotamento sanitário, exumados durante as prospecções arqueológicas realizadas pela 7ª Etapa do Projeto de Recuperação do Centro Histórico de Salvador, abreviado para Projeto Pelourinho , efetivado pelo Programa Monumenta, com recursos financeiros da UNESCO. No obstante, esse se reafirma como um esforço inicial, dado ao ineditismo do tema dentro da discussão arqueológica, por tanto, espera-se que esse estudo possa se configurar como ponto de partida para novas pesquisas e trabalhos, nos quais os esgotamentos sanitários e questões associadas se tornem parte relevante para o entendimento nos contextos analisados.

Les réservoirs de rétention sont un moyen actuel pour diminuer les rejets de polluants dans le cours d'eau récepteur lors de débordements de réseaux unitaires en temps de pluie. Cependant, des études démontrent que la vidange des réservoirs peut avoir un effet négatif sur les procédés de traitement des stations d'épuration (STEP). Ainsi, cette étude a pour but de (1) caractériser les eaux de vidange d'un réservoir de rétention et (2) évaluer l'impact des vidanges sur l'affluent de la station d'épuration. L'étude est basée sur le cas de la ville de Québec. Celle-ci a fait construire au cours des dernières années une dizaine de réservoirs de rétention sur le bassin versant de 15 km2 de sa station Est, et qui comporte 50% de conduites unitaires. Pour la caractérisation, un bassin de rétention a été échantillonné en 2009 et en 2010. Des échantillons ont été récoltés sur les eaux vidangées du réservoir de rétention hors-ligne ainsi qu'à l'affluent de la STEP Est de la ville de Québec. Par la suite, des analyses de la teneur en matières en suspension (MES) et dé la demande chimique en oxygène (DCO) ont été réalisées. Le logiciel SWMM5 a été utilisé pour simuler le parcours des eaux au sein du réseau d'interception et l'impact que peuvent avoir les vidanges des 10 bassins sur la qualité de l'eau envoyée à la station. Les résultats de la caractérisation montrent une grande variabilité de la qualité des eaux lors de la vidange. Trois différentes phases peuvent généralement être identifiées : début (concentration en MES élevée ~ 1500 mg/1), milieu (70 mg/1) et fin (500 mg/1). En fonction de la masse totale en MES retenue et retournée vers la station, ces phases correspondent environ à 10%, 70% et 20% respectivement pour le début, le milieu et la fin. L'utilisation de SWMM a montré que, dépendamment du temps de parcours du réseau et de la qualité d'eau vidangée, les impacts sur la qualité de l'affluent de la station d'épuration sont très variables, allant de phases de dilution à des phases d'augmentation de la concentration en polluants.

Si les débordements de réseaux unitaires sont reconnues comme étant un facteur important de l'impact environnemental du traitement des eaux usées urbaines, l'efficacité de l'implantation de bassins de rétention (BR) comme solution n'en demeure pas moins un questionnement. En effet, de plus en plus d'études tendent à prouver que l'impact de la vidange des BR sur l'efficacité de traitement d'une usine, et donc l'impact sur l'environnement, peut être négatif. L'interdisciplinarité et l'échelle géographique et temporelle de la problématique rendent l'appréhension de la problématique difficile par la seule mesure "in situ". L'intégration de plusieurs modèles du système urbain d'eaux usées se révèle être un outil puissant dans ce contexte. La simulation de différents scénarios amène à mieux anticiper les problèmes liés à la gestion des eaux usées, en temps de pluie comme en temps sec. Par conséquent, les coûts économiques et écologiques associés soit à la mise en place de nouvelles infrastructures, soit à la prise de décision concernant les stratégies de gestion du système, peuvent être optimisés. Il devient ainsi nécessaire de produire des modèles performants décrivant la qualité des eaux tout au long de leur cheminement. Les données sur le comportement des polluants dans les bassin de rétention sont peu nombreuses et la caractérisation des eaux retournées à l'usine de traitement est rarement étudiée. Par conséquent, si les connaissances des phénomènes en jeu sont souvent supposées, leur observation reste assez rare. Une partie importante du projet a donc été consacrée à la réalisation d'une campagne d'échantillonnage. Ce type d'échantillonnage s'est révélé être un exercice complexe et très contraignant en raison de l'imprévisibilité des événements orageux. L'objectif de cette campagne était de récolter des données en entrée et en sortie de bassin de rétention, principalement en ce qui concerne la matière en suspension, la demande chimique en oxygène et la distribution des vitesses de chute. Les résultats ont montré des dynamiques typiques de vidange révélant une forme en "U" des concentrations en polluants. Cette forme souligne trois phases appelées "initiale, milieu et finale" où chacune est caractérisée par une fourchette de concentrations et une distribution de vitesses de chute de particule qui lui est propre. De manière plus générale, il a été observé que plus les concentrations en MeS augmentent, plus la distribution des vitesses de chute est "lourde". Ces données couplées à des mesures en temps sec dans le collecteur et dans un bassin de décantation ont permis de comprendre les phénomènes en jeu, les interactions possibles entre les systèmes, et d'établir une structure solide pour le modèle. La littérature scientifique contient un grand nombre d'études de modélisation de la qualité de l'eau concernant les procédés de traitement. Cependant, elle est moins riche oncernant la description de la qualité des eaux en réseau et assez pauvre concernant la description de la qualité des eaux stockées en réseau ou en bassin de rétention. Les quelques modèles de BR existants décrivent assez simplement la décantation et la resuspension, qui sont pourtant les phénomènes dominant de ces systèmes. Ces modèles ont rarement été validés avec des données réelles car ces phénomènes sont difficiles à observer et à quantifier. Le projet visait donc à développer un modèle de bassin de rétention décrivant le comportement de la matière en suspension et de la demande chimique en oxygène à l'effluent d'un bassin de rétention (retour des eaux à l'usine) de sorte qu'il soit compatible avec les modèles de boue activées de type ASM de VInternational Water Association. La description des phénomènes de décantation et de resuspension est basée sur un fractionnement en classes de particules ayant différentes vitesses de chute. Ce fractionnement est directement issu de mesures de terrain réalisées en vue d'observer la variation de la distribution des vitesse de chute. Les effets d'un puits de pompage sur la sédimentation et la resuspension sont aussi décrits. Deux événements récoltés ont servi à la calibration du modèle et un autre a été utilisé pour sa validation. Cette étape est d'importance car elle n'a jamais été réalisée sur un modèle de BR. L'objectif final du modèle était qu'il soit intégré dans un système plus global (réseau - usine - rivière). Différents scénarios de gestion des vidanges de bassins de rétention ont mis en évidence les interactions entre les différents sous-systèmes en termes de masse de MeS et de masse de classes de particules. En effet, l'étude de l'évolution de la distribution des vitesses de chute des particules le long de la chaine de l'eau peut être une information utile pour anticiper les problèmes au traitement secondaire. Par exemple, une plus grande fraction de particules ayant une forte vitesse de chute peut engendrer : 1) une augmentation du temps d'hydrolyse des particules dans un système par boues activée ; ou 2) un plus grand risque de colmatage des biofiltres. Une meilleure compréhension de ces interactions peut permettre la mise en place de règles d'opération et de contrôle plus efficaces pour diminuer l'impact des rejets d'eaux usées sur l'environnement.

Ce mémoire porte sur l’étude de deux réseaux d’eau distincts, soit celui de la ville d’Arthabaska et celui de la ville de Victoriaville. Nous souhaitons éclairer le rôle joué par les facteurs environnementaux, naturels et urbains, au cours du processus ayant mené à l’implantation de réseaux d’eau potable et d’eaux usées dans les deux villes à l’étude. Divers travaux ont traité de la mise en place des réseaux d’aqueduc et d’égout à la grandeur du Canada. Toutefois, ce sont essentiellement les grandes villes comme Montréal ou Toronto qui ont retenu l’attention de l’histoire urbaine, politique et environnementale canadienne. L’objectif de cette démarche consiste à montrer que le milieu physique rural doit être incorporé à l’analyse comme élément vivant qui se transforme, qui influence et qui est influencé à son tour par l’être humain, puisqu’un et l’autre sont en constante interaction. Nous soutenons que la mise en place et le développement de réseaux d’eau sont influencés par le territoire dans lequel ils sont implantés et qu’ils ne peuvent pas être correctement analysés sans celui-ci. Afin de mettre l’espace au cœur de l’étude, nous avons mené une analyse des villes d’Arthabaska et de Victoriaville en considérant la géographie de la région à l’aide des cartes et des plans d’assurance-incendie, en plus de consulter des documents officiels et des articles tirés des journaux locaux. / This thesis focuses on the study of two separate water systems, namely that of city of Arthabaska and city of Victoriaville. We wish to clarify the role of natural and urban environmental factors in the process that led to the establishment of drinking water and wastewater systems in the two cities under consideration. Various studies have dealt with the implantation of waterworks and sewer systems across the country. However, it is mainly the large cities such as Montreal and Toronto that have caught the attention of the canadian political, urban, and environmental history. The objective of this approach is to show that the natural physical environment must be incorporated into the analysis as a living element that transforms, which influences and is influenced in turn by humans, since both are in constant interaction. We argue that the establishment and development of water systems are influenced by the territory in which they operate and they can not be correctly analyzed otherwise. To put the surroundings in the heart of the study, we conducted an analysis of city of Arthabaska and city of Victoriaville considering the geography of the area using maps and fire insurance plans, in addition to the analysis of official documents and articles from local newspapers.

Ce travail de thèse est consacré au développement d’un dispositif autarcique pour le contrôle des amphétamines dans les égouts. Il a été conçu dans le cadre du projet européen MicroMole pour aider la police scientifique à résoudre des scènes concernant la localisation des laboratoires clandestins d’amphétamines et produits dérivés. Il est composé de trois volets : le premier volet est dédié au développement de deux générations de capteurs potentiométriques sélectifs à l’amphétamine en utilisant le ionophore commercial dibenzo-18-crown-6 éther dans un premier temps puis le ion-pair complexe [amphetamine-H]+[3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]- synthétisé comme sites actifs pour la reconnaissance sélective d’amphétamine. Le deuxième volet est consacré au développement d’un système microfluidique passif permettant de contrôler le flux d’échantillon arrivant à la partie sensible du capteur en utilisant des micro-filtres et micro-mélangeurs. Le troisième et dernier volet est dédié à la conception et fabrication d’un système autonome d’échantillonnage miniaturisé pour le stockage des échantillons dans les égouts lors des enquêtes menées par la police scientifique correspondant à la localisation de laboratoires clandestins d’amphétamines / The work in this thesis is devoted to the development of an autarkic device for real-time monitoring of amphetamines in sewage. It has been developed within the EU project Micromole to help Law Enforcement Agents (LEA) to solve forensic scenarios related to the production of amphetamines and amphetamine-type stimulants (ATS). It is composed of three main sections. The first section is devoted to the development of two generation of potentiometric sensors for the detection of amphetamines using first, the commercial ionophore dibenzo-18-crown-6 ether, then the synthesized ion-pair complex [amphetamine-H]+[3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]- as active sites for amphetamine recognition. The second section is dedicated to the fabrication of a passive microfluidic system integrated into a Lab-on-a-Chip to protect the sensor from the harsh environment through the control of the sample amount reaching the sensor. For this purpose, the microfluidic system formed a combination of passive micromixers, microfilters and microchannels. The final section was devoted to the development of an autarkic sample storage unit to help LEA to store spontaneous samples during forensic investigations related to the clandestine production of amphetamines in illegal laboratories

La gestion automatisée des réseaux d'assainissement est une innovation technique née dans le département de la Seine Saint-Denis au début des années 1970, dans des conditions locales spécifiques (problèmes aigus de dysfonctionnements de réseau, contexte physique particulier imposant de fortes contraintes techniques, occasion institutionnelle saisie par les élus pour renforcer leur solidarité à la fois technique, financière et politique, techniciens dynamiques). Cette innovation commence à se diffuser en France, dans d'antres contextes urbains. Ce n’est pas la transposition pure et simple du système de gestion automatisée de Seine Saint-Denis qui se manifeste. Néanmoins les divers cas rencontrés peuvent être regroupés dans une typologie simple, prouvant leur appartenance à un même cadre de logique globale dont la Seine Saint-Denis peut être considérée comme le prototype. Les facteurs favorables à l a diffusion de l'innovation sont nombreux. Leur force ne deviendra effective que lorsque l'efficacité de l'innovation aura été démontrée. Néanmoins, une démarche intellectuelle nouvelle face à la gestion des réseaux d’assainissement a été lancée, sans que soit remise en cause la problématique classique de 1'assainissement. Les enjeux que représentent les réseaux d'assainissement sont tels que des solutions du type de la gestion automatisée, certes complexe mais si peu chère en investissement face aux coûts des travaux de génie civil, doivent être tentées. L'amélioration des connaissances apportées par 1a recherche dans ce domaine, aidera à l'application de méthodes d’assainissement plus efficaces d’un point de vue économique et écologique.