Le Grand Sousse, partie orientale du gouvernorat de Sousse, abrite l'une des plus importantes métropoles régionales du pays, avec une concentration sur la frange littorale des activités humaines et économiques. L'explosion démographique et la généralisation de la desserte en eau potable en font un important foyer de consommation d'eau. Or cette région est aussi très marquée par l'aridité, cause principale de faibles ressources locales. Dépendante des régions voisines pour son approvisionnement en eau, le Grand Sousse mène depuis toujours une course au captage pour satisfaire des besoins grandissants. La stratégie politique traditionnelle de mobilisation et de transferts des ressources s'achevant, la gestion future préconise le recours intensif aux ressources non conventionnelles, telles les eaux usées traitées et les eaux dessalées. Il s'agit là d'un des principaux leviers d'intervention que le Grand Sousse peut promouvoir pour une "gestion intégrée" du système hydraulique, en plus d'une gestion de la demande axée sur les économies d'eau. La thèse a mobilisé des enquêtes directes sur un échantillon représentatif de ménages, d'unités industrielles et d'hôtels ; elles ont permis de dresser le bilan des actions menées dans le sens de cette nouvelle orientation, et de mieux comprendre les contraintes et obstacles rencontrés. La cartographique a été un outil indispensable à la représentation de cette inadéquation entre offre et demande en eau, du réseau d'approvisionnement et de distribution, et des composantes de la gestion future de l'eau. La démarche prospective permet de tirer la sirène d'alarme sur la menace que fait peser l'évolution tendancielle de la demande sur les équilibres socio-spatiaux, et se propose des solutions alternatives à cette évolution. / Grand Sousse, oriental part of Sousse governorate, shelters one of the most important regional metropolises of the country, with a concentration on the littoral fringe of the human and economic activities. The demographic explosion and the generalization of the sideboard in drinking water make an important home of water consumption. Now this region is also very marked by the aridity, the main cause of low local resources. Dependent on nearby regions for its water supply, Grand Sousse leads for a long time a running to the harnessing to satisfy growing needs. The traditional political strategy of mobilization and transfers of the resources ending, the future management recommends the extensive appeal to the not conventional resources, some treated waste water and desalinated waters. It is about one of the main control levers of intervention there which Grand Sousse can promote for an "integrated management" of the hydraulic system, besides a management of the demand centred on the savings of water. The thesis mobilized direct inquiries on a representative sample of households, industrial units and hotels; they allowed to draw up balance sheet actions led in the sense of this new orientation, and to understand better the constraints and the met obstacles. The cartographic was a tool indispensable to the representation of this inadequacy between supply and demand in water, the network of supply and distribution, and constituents of the future management of the water. The forward-looking approach allows pulling the air-raid siren at the threat that makes weigh the trend-setting evolution of the demand on the socio-spatial balances, and proposes alternative solutions of this evolution.

Avec une population toujours croissante et la pénurie de plus en plus importante des ressources en eau douce, l’humanité s’est tournée vers les océans pour ses besoins en eau potable. Afin de faire face aux limites des procédés conventionnels de dessalement d’eau de mer, la distillation membranaire (DM) connaît un intérêt croissant. Même si l’intérêt envers la DM pour le dessalement d’eau de mer est apparu au cours des dernières décennies, aujourd’hui le risque de mouillage des membranes est l’un des obstacles majeurs à son développement industriel. Dans le cadre du projet ANR « WETMEM», l’objectif de cette thèse est de développer des outils de compréhension des mécanismes de mouillage en distillation membranaire sous vide. Plusieurs membranes, fabriquées par des partenaires du projet WETMEM, et commerciales ont été étudiées afin de comprendre l’influence des propriétés des membranes sur les indicateurs de mouillabilité. De plus, une définition et une classification des mécanismes de mouillage ont été proposées. Par la suite, deux indicateurs de mouillage ont été développés à l'aide de la microscopie électronique à balayage et de la spectroscopie de dispersion de rayons X selon une méthode appelée « Détection d'intrusion de traceur dissous ». Une preuve de concept a été fournie, dans laquelle différents mécanismes de mouillage ont pu être visualisés et interprétés. Ces indicateurs ex situ ont alors été utilisés avec des indicateurs de mouillabilité (Angle de contact, Pression d’intrusion de liquide) afin de comprendre l’influence de la température (35-50 ° C), de la salinité (22-310 g / L de NaCl sol.) et du débit (400 - 4000 Re) sur le mouillage et la mouillabilité d'une membrane de PVDF en distillation membranaire sous vide. Il a alors été constaté que la salinité a l’impact le plus important sur le mouillage par rapport aux autres paramètres de fonctionnement. En outre, un outil optique in-situ non invasif a été développé. Il permet de visualiser le mouillage in-situ en distillation membranaire. La progression du mouillage in situ a été observée à différentes échelles et pour différentes solutions salines et eaux de mer. / With an ever-increasing population and the growing disparity in potable water resource, humanity has turned its attention to the oceans for its potable water needs. To overcome the current limitations in current desalination technologies, membrane distillation (MD) is actively being developed. The interest of MD for seawater desalination was established in the last decades but today the risk of membrane wetting is one of the major barrier for industrial implementation of MD. Under the framework of the ANR project “WETMEM”, the issue of this thesis was to develop tools for better understanding wetting mechanisms in vacuum membrane distillation. Several fabricated (WETMEM partners) and commercial membranes were studied to understand the influences of membrane properties on wettability. Therefore, a definition and classification on wetting were formulated. After that two wetting indicators were developed using scanning electron microscopy and X-ray dispersion spectroscopy under a method called “Detection of Dissolved Tracer Intrusion”. A proof of concept was provided with various wetting mechanisms visualized and interpreted. These ex-situ indicators were used with wettability tools (Contact Angle, Liquid Entry Pressure) to understand the influence of temperature (35-50°C), salinity (22-310 g/L NaCl sol.) and flow rate (400 – 4000 Re) on wetting and wettability of a PVDF membrane under vacuum membrane distillation. Indeed, it was found that salinity has a greater impact on wetting than the other operating parameters. Additionally, a proof of concept was provided for non-invasive in-situ optical method for visualizing wetting in membrane distillation. Progression of in-situ wetting visualization was validated at different scales for various saline solutions and seawaters.

Cette étude s’intéresse à la conception systémique intégrant simultanément les questions de dimensionnement et de gestion optimale de l'énergie. Le système étudié concerne un procédé de pompage intégrant un processus de dessalement d’eaux saumâtres alimenté par des sources de puissance hybrides renouvelable incluant un minimum de stockage électrochimique. Ce cas d’étude appartient à une classe typique de systèmes autonomes alimentés par des sources intermittentes dont profil de puissance a une forme "donnée" : « selon les conditions climatiques (ensoleillement, vent), avec un minimum de stockage d’électricité, la puissance offerte doit être convertie ou stockée hydrauliquement sous peine d’être gaspillée ». L'influence des conditions d'environnement et la robustesse du processus d’optimisation est enfin aussi discutée dans cette thèse. Deux types de modèles mathématiques, dynamiques et quasi-statiques, sont mis en œuvre pour décrire l'ensemble du dispositif. Le système est tout d’abord modélisé dynamiquement par Bond Graphs. Pour une simulation plus rapide, plus adaptée à l’optimisation globale du système, un modèle quasi-statique est créé pour être simulé dans l'environnement Matlab. Pour de tels dispositifs, étant donné une certaine puissance offerte au fil du vent et du soleil, trouver le point optimal de fonctionnement à chaque période consiste en un partage de puissance entre les sous systèmes de pompage et de traitement de l’eau : ce processus est plutôt complexe compte tenu des non linéarités (courbes rendement – puissance) et de la présence de nombreuses contraintes relatives aux limitations de puissance des pompes, aux conditions de niveau des réservoirs, ainsi qu’aux limitations de pression et de débit dans les processus hydrauliques (pompes osmoseur). Nous montrerons qu’il n’est pas si trivial de choisir une fonction objectif qui assure simultanément la performance et la robuste du système vis-à-vis des conditions d’environnement : une fonction objectif robuste quel que soit le profil de puissance des sources est ainsi proposée pour mettre en œuvre une gestion optimale de l’énergie. Le problème d’optimisation étant posé sous forme standard, consistant en la maximisation d’une fonction objectif sous contraintes, des approches d’optimisation efficaces par programmation non linéaire sont employées. La question du dimensionnement et son couplage à la gestion énergétique est finalement étudiée. En particulier, l’intérêt de la modularité des systèmes, considérant plusieurs pompes connectées en parallèle pour la même fonction, est investigué. / This study focuses on systemic design, integrating simultaneously issues of sizing and optimal energy management. The system under study consists of a pumping process including a brackish water desalination system fed by hybrid renewable power sources with minimum electrochemical storage. Such a device belongs to the class of “autonomous systems” supplied by intermittent sources whose power profile has a “given” waveform: “with minimum electrical storage, power has to be converted, stored in water tanks, or wasted following climatic (sun, wind) conditions”. Influence of environment conditions and robustness of the optimization process is then also discussed in this thesis. Both dynamic and quasi static models are implemented for representing the whole system. The device is firstly modeled dynamically by Bond Graph methodology. For faster simulations, which are more suitable for system optimization, a quasi static model is created to be simulated in the Matlab environment. For such systems, given a certain source power, finding optimal operation point at each period consists of a power sharing between all pumping devices: it is a complex process with huge nonlinearities (efficiency vs power curves) and with many constraints as for the limitation of pump powers, tank level conditions, or pressure and flow limitations in hydraulic network and pumping devices. It is not so trivial to define an objective function which ensures system performance and robustness versus environment conditions: a convenient objective function, whatever the input power profile, is then proposed to implement the optimal management. The optimization problem being mathematically expressed, consisting of objective function maximization under constraints, efficient optimization methods by non linear programming are implemented. The issue of sizing and its coupling with system management efficiency is finally studied. In particular, the interest of modular operation with several pumps connected in parallel is also concerned in this research.