L’objectif de cette thèse de doctorat était de concevoir et développer un système permettant de caractériser les épandeurs et de prédire la répartition d’engrais au sol. Nous avons proposé deux approches basées respectivement sur l’imagerie 2D et 3D.Le système 2D a permis de déterminer les déplacements dans les images avec une très haute précision où 90% des estimations ont uniquement moins de 0,2 pixels d’erreur. Cependant cette précision n’était applicable que dans le cas d’un épandeur équipé de disques plats pour lequel la plupart des engrais est éjectée dans le plan horizontal parallèle au plan d’image de la camera. Par conséquent nous avons proposé un système d’imagerie 3D qui a permis de déterminer le mouvement 3D des engrais. Ainsi il peut être appliqué sur des épandeurs équipés de disque concave.Ce nouveau système peut : Caractériser les épandeurs dans un hall avec des conditions contrôlées ;Evaluer les effets de différents réglages des épandeurs ;Etudier le comportement des granulés et améliorer le modèle de vol balistique.Un tel système, moyennant quelques modifications, est envisagé à long terme sur un épandeur, permettant une gestion en temps réel de l’épandage et une rétroaction potentielle sur le fonctionnement de l’épandeur. [extrait du résumé] / The characterization of the fertilizer centrifugal spreading has become an important agriculture scientific issue in order to help farmers having a higher fertilization precision hence higher production efficiency. The ejected fertilizer grains are comparable to projectiles; hence, by using a ballistic flight model, predicting the spread pattern on the ground relies on an estimation of the trajectories and velocities of ejected grains. To estimate those parameters two approaches were proposed. First a two-steps zero mean normalized cross-correlation based algorithm for motion estimation was used to determine the displacement of the grains in the 2D images. The efficiency of this algorithm was evaluated by the mean of a grain images’ simulator. The results showed a high accuracy with an error of less than 0.2 pixels for 90% of the estimated velocities. However, the vertical ejection angle cannot be determined. This limits the use of the technique to spreaders equipped with flat disks where the trajectories of the grains will mostly be in a horizontal plane. This restriction was handled by the second approach. It is based on a 3D stereovision imaging system. A region based stereo matching algorithm with uniqueness and ordering constraints was introduced. It was validated using a grains’ stereo images simulator. 90% of the disparities were estimated with errors less than 2 pixels (around 1%). Moreover a 3D motion estimation algorithm was developed. It is based on an improvement of the previous 2D motion estimation algorithm combined with the estimated 3D coordinates. The efficiency of the whole system was approved via a comparison of its results and a real distribution obtained from a developed cylindrical collector.

L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe. / The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer.

L'épandage des boues d'épuration est un mode de valorisation à la fois écologique et économique pour autant que l'on maitrise leur qualité et notamment la concentration des métaux lourds mobilisables. Le cuivre est une molécule très répandue, naturelle dans l'environnement, largement utilisée dans l'industrie et l'agriculture. En conséquence, les quantités de cuivre dans l'environnement ont augmenté, de sorte que ce dernier a été choisi dans cette étude comme représentant de la pollution anthropique pour évaluer sa mobilité en fonction de la qualité des boues épandues et des sols. 9 boues classiques et 2 sols (Sol d’herbe (de France) et sol de riz (du Vietnam)) ont été étudiés ainsi que des boues granulaires. Une méthodologie est proposée pour évaluer l'effet de la boue et de l'origine du sol sur la capacité de lessivage du cuivre lors de l'épandage des boues pour les activités agricoles. Les essais de désorption dans les colonnes de sol amendé par des boues ont montré que: a) quelle que soit l'origine du sol amendé, les boues de lit de roseaux (LR), séchées (BCD), centrifugées (BC) ont présenté une libération de Cu inférieure à 2% tandis que les boues de filtre-presse (BFP), digérées (BD), épaissies (BE) et calcaires (BCh) ont amélioré la disponibilité de Cu dans le sol; b) La lixiviation du cuivre dans le sol d’herbe (du France) amendé par des boues granulaires était supérieure à celle mesurée pour les échantillons classiquesde boues; c) Dans le sol de riz (de Vietnam), l'épandage des boues granulaires a limité la désorption de cuivre par rapport aux échantillons de boue (BCh), de filtre-presse (BFP), digérée (BD) ou centrifugée (BC). Quatre mécanismes sont proposés pour expliquer le devenir du Cu dans les sols: 1) le contrôle; 2) le groupe de Cp1, Cp2, BC, LR and BCD; 3) le groupe de BCh, BD, BE, BFP et 4) le groupe de boue granulaire. Il est constaté que pour le sol de riz contenant une faible teneur en matière organique, l'application de boues granulaires ou d'autres types de boue tels que les boues compostées ou séchées peut non seulement augmenter la teneur en éléments nutritifs, mais aussi réduire la capacité de lixiviation du cuivre. / The spreading of sewage sludge is both ecological and economical in sofar as their quality is controlled and in particular the low level of the heavy metals available. Copper is a very common substance, naturally occurring in the environment, widely used in industry and agriculture. As a result, quantities of copper in the environment have increased, so it has been selected in this study as representing human-induced pollution to assess its mobility in relation to the quality of sludge and soil. 9 different sludges and 2 soils (grass soil from France and paddy soil from Vietnam) were studied as well as granular sludge. A methodology was developed to evaluate the effect of sludge and soil origin on copper leaching ability during sludge application for agricultural activities. Desorption tests in soil-amended sludge columns showed that: a) Whateverthe origin of soil, the centri-dried (BCD), centrifuged (BC), reed-bed (LR) sludges presented a Cu release lower than 2% while filter-pressed (BFP), digested (BD), thickened (BE) and limed (BCh) sludge amended soils increased Cu availability in soil; b) the copper leaching of granular sludge amended grass soil was higher than those measured for conventional sludge samples; c) in paddy soil, landspreading of granular sludge limited the Cu desorption compared to limed (BCh), filter-press (BFP), digested (BD) and centrifuged (BC) sludge samples. Four mechanisms groups are proposed to explain the fate of Cu in soils: 1) the control; 2) the group of Cp1, Cp2, BC, LR and BCD; 3) the group of BCh BD BE and BFP, and 4) the group of granular sludge. It is found that paddy soil containing low organic matter, application of granular sludge orother types such as composted or dried sludge can not only increase the nutrient content but also reduce the leaching capacity of copper.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la problématique générale du projet ECODEFI - ECOconception et Développement de méthodologies de Fabrication Innovante de machines d'épandage financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du PRogramme ECOtechnologies et Développement Durable (PRECODD). Le projet ECODEFI porte sur l'écoconception et l'éco-innovation appliquées aux technologies de l'épandage, pour répondre à deux enjeux majeurs : (i) le recyclage des effluents organiques issus de l'industrie et de l'épuration des eaux et (ii) réduire à la source les risques de pollution des agro-écosystèmes. Face au besoin de prise en compte de l'environnement dans le développement des machines d'épandage, nous avons proposé une démarche d'éco-innovation qui permet d'aboutir à des véritables percées technologiques. Cette approche présente une synergie entre l'Analyse du Cycle de Vie (ACV), la matrice de non-qualité, la Théorie de Résolution des Problèmes Inventifs (TRIZ), l'analyse morphologique et le Processus d'Analyse Hiérarchique (Analytical Hierarchy Process - AHP). Dans l'enchaînement de ces outils, l'ACV évalue les impacts environnementaux générés par le système. Puis, pour une meilleure prise en considération des aspects écologiques, nous avons développé un nouvel outil, la matrice de non-qualité, qui définit, à partir des résultats de l'ACV, le problème à résoudre en priorité du point de vue environnemental. La méthode TRIZ permet la génération de nouveaux concepts et la résolution des contradictions. Ensuite, l'analyse morphologique offre la possibilité d'étendre l'espace de recherche des solutions d'un problème de conception de manière systématique. Enfin l'AHP identifie la ou les solution(s) prometteuse(s) en fournissant une logique claire pour les choix réalisés. Dans notre étude, nous nous sommes principalement intéressés aux problèmes rencontrés sur la machine PROLOG lors de la phase d'épandage des produits compostés. En effet, l'épandage du compost se développe fortement et l'entreprise SIRTEC souhaite pouvoir réaliser cette tâche avec leurs machines conçues initialement pour des matériaux granulaires. L'approche a été appliquée pour résoudre le problème d'extraction de ces produits suite à la formation de voûtes à l'intérieur de la trémie de l'épandeur.

La Côte Nord de l’Estuaire et du Golfe du St. Laurent (Québec, Canada) est caractérisée par une série de complexes deltaïques mis en place en contexte de chute de Niveau Marin Relatif (NMR) forcée par le rebond glacio-isostatique, lors du retrait des marges de l’Inlandsis Laurentidien. L’étude de trois complexes deltaïques montre qu’un motif d’évolution morphostratigraphique contrôlé par le retrait des marges glaciaires prévalait au premier ordre. Le premier stade de sédimentation se caractérise par la mise en place de cônes d’épandage juxtaglaciaires sous-aquatiques. Leur localisation au front de la marge glaciaire fait que la répartition spatiale des corps sédimentaires montre localement un empilement en rétrogradation. Dès l’émergence d’un front glaciaire continental, des deltas proglaciaires se développent en contexte de chute de NMR, formant des lobes dont l’altitude décroît vers le bassin. Ces derniers sont initialement associés à un système fluviatile en tresse alimenté en sédiments glaciogéniques par les marges glaciaires en retrait. Malgré des taux de chute de NMR de plusieurs cm/an, aucune incision fluviatile n’est observée à ce stade et la dynamique de transfert est prédominante du fait des forts taux d’apports sédimentaires. Plus tard, à la suite du retrait des marges glaciaires hors des bassins versants, le remaniement paraglaciaire se développe du fait de la réduction drastique des apports en eaux et sédiments. Le système fluviatile, devenu méandriforme, s’encaisse dans les anciens dépôts deltaïques maintenant inactifs et les bordures de deltas sont remaniées par les processus littoraux (plages soulevées, terrasses marines). Cette étude révèle que la majorité du volume de ces complexes deltaïques (10-20 km3) est mis en place en quelques milliers d’années seulement, immédiatement après la déglaciation ; le remaniement paraglaciaire n’ayant contribué à l’accrétion deltaïque que très marginalement. La modélisation numérique (Dionisos) valide les différents forçages identifiés par l’analyse morphosédimentaire. Une synthèse des complexes deltaïques à l’échelle de toute la Côte Nord du St. Laurent a permis de catégoriser 21 complexes deltaïques en 4 scénarios d’évolution morphosédimentaire, directement liés à la dynamique de retrait de la marge glaciaire. Leur décryptage offre une clef de lecture originale pour l’historique du retrait des marges glaciaires de l’Inlandsis Laurentidien sur la période 12-7.5 ka cal BP. / The North Shore of the St. Lawrence Estuary and Gulf is characterized by the presence of deltaic complexes that were emplaced under falling Relative Sea Level (RSL) forced by the glacio-isostatic rebound, immediately after the retreat of the Laurentide Ice Sheet (LIS) margin. The study of three deltaic complexes reveals that a common morphostratigraphic evolution forced by the retreat of the LIS prevailed for the edification of these structures, reflecting the retreat of the LIS margin. The emplacement of subaqueous outwash fans beyond the retreating or stillstanding glaciomarine margin constitutes the first stage of this evolution. As tied to the ice-margin position, these fans are characterized in places by a backstepping stacking pattern, in spite of the forced regressive setting. From the emergence of a continental ice front, the proglacial deltaic system develops and forms lobes staged accordingly to the RSL fall. These deltaic systems actively prograde at that time because they are fed in glaciogenics by the retreating LIS margin through braided meltwater streams. In spite of the RSL fall reaching several centimeters per years, no fluvial entrenchment occurs mainly owing to the significant amount of sediment supply. Later, when the LIS margin retreats from the drainage basins of feeding rivers, fluvial systems experience a drastic drop in sediment supply that forced the interruption of the deltaic progradation and the onset of paraglacial reworking. The paraglacial reworking consists in the entrenchment of a meandering fluvial system within former deltaic deposits and shows the prevalence of shallow-marine processes (waves, tides) at the delta rim (raised beaches, marine terraces). This study reveals that the bulk of the deltaic volume (c.a. 10-20 km3) for each complex was emplaced in only a few thousands of years following the LIS margin retreat when the latter was still located in the drainage basin. The paraglacial reworking had a minor influence on the deltaic accretion. A forward stratigraphic model (Dionisos) is used to validate the variety of forcing as understood from the sedimentary analysis. A synthesis including 21 deltaic complexes of the St. Lawrence North Shore allowed the establishment of a fourfold categorization. This scheme of deltaic evolution was used in order to refine the position of the LIS margin retreating upland for a period ranging from 12 to 7.5 ka cal BP.