Plusieurs approches réglementaires ont été développées pour assurer la protection des sources d’eau potable. Au Québec, le Règlement sur le prélèvement des eaux et leur protection (RPEP) exige la délimitation d’aires de protection spécifiques à l’intérieur de l’aire d’alimentation des prises d’eau potable. Cette délimitation est basée sur des distances fixes. Certaines activités, qui posent un risque pour la qualité de l’eau, sont restreintes dans ces zones protégées. Cependant, pour les eaux de surface, l’utilisation d’unités de distance n’est pas nécessairement représentative du temps disponible pour réagir face à une contamination puisqu’elle ne considère pas des facteurs tels que le contexte hydrologique, l’occupation du territoire et les cheminements préférentiels de l’eau qui influencent le temps de parcours des polluants. Le temps disponible pour l’intervention correspond à la somme du temps de cheminement (entre le point d’émission et l’arrivée du contaminant dans un cours d’eau à débit permanent) et du temps de parcours en cours d’eau à débit permanent (le transport du contaminant dans un cours d’eau à débit permanent jusqu’à la prise d’eau). L’objectif de ce projet est d’évaluer l’influence du temps de cheminement sur le temps disponible pour réagir. Le cas d’étude est bassin versant de la principale prise d’eau potable de la Ville de Québec. Cinq méthodes d’évaluation du temps de cheminement ont été évaluées, à savoir celle proposée par le RPEP, une évaluation de la longueur de cheminement à vol d’oiseau et selon le réseau de drainage ainsi que l’estimation du temps de cheminement selon la méthode du TR-55 et selon le réseau de drainage. Pour appliquer et comparer ces méthodes, 144 propriétés situées dans l’aire d’alimentation de la prise d’eau à l’étude ont été considérées. Pour ces propriétés, 30 cheminements de l’eau distincts ont été identifiés. Il a été constaté que la méthode d’évaluation des longueurs à vol d’oiseau n’est pas représentative du cheminement potentiel des contaminants. Les méthodes basées sur l’estimation des temps de cheminement présentent des résultats comparables bien qu’il serait pertinent d’appliquer ces méthodes à d’autres bassins versants pour valider les résultats. Les temps de cheminements estimés sont majoritairement situés dans un intervalle entre 0 et 15 min pour les deux méthodes appliquées sur le cas d’étude. Pour la méthode du TR-55 et selon le réseau de drainage, cet intervalle de temps représente le cheminement de 58 % et 64 % des propriétés analysées, respectivement. À partir des résultats obtenus, ce mémoire de recherche conclut que les temps de cheminement, bien qu’ils doivent être considérés dans la protection des sources d’eau potable, représentent une faible proportion du temps disponible comparativement aux temps de parcours en cours d’eau à débit permanent, qui eux sont beaucoup plus importants, de l’ordre de plus de 14,5 h dans le cas d’étude.

La gestion des services d'eau urbains pose de nombreux défis afin d'assurer une eau de qualité pour tous et un renouvellement des infrastructures à long terme. La meilleure manière de répondre à ces défis varie d'un endroit à l'autre, et différents modèles de gouvernance et structures organisationnelles sont proposées dans la littérature académique ou mis en oeuvre dans les pratiques. Dans ce contexte, la place du secteur privé dans la gestion des services d'eau a été au coeur de nombreux débats politiques et académiques, particulièrement au cours des années 1990. Ce travaille explore les relations entre acteurs publics et privés dans la gestion des services d'eau, plus particulièrement pour le cas de la Ville de Montréal. Confrontée à une situation de dégradation des infrastructures, la ville de Montréal met en place un groupe de travail au début des années 1990 afin de trouver un modèle organisationnel qui permette d'en améliorer la gestion et le financement. Les années 1990 et le début des années 2000 sont marqués par un large débat sur la participation du secteur privé aux services d'eau, qui s'éloigne toutefois de la question du financement des services, de la gestion du patrimoine ou de l'accès à l'expertise. La ville attendra le milieu des années 2000 pour élaborer un plan de mise à niveau des infrastructures et de leur financement, auquel participent de près les firmes de génie-conseil. La création du fonds de l'eau et la mise en route des trois grands "chantiers techniques de l'eau" marquent ainsi le début d'une reprise en main des services, après de nombreuses années de laisser-aller. La structure organisationnelle devra elle aussi être ajustée afin d'assurer une gestion et une planification efficaces à long terme. Nous présentons également le cas de la ville de Marseille, où un modèle de gestion et une structure de gouvernance très différents nous permettent de prendre un certain recul par rapport au cas de Montréal. Le cas de Marseille se caractérise par la participation d'un acteur privé à la gestion des services d'eau, la Société des Eaux de Marseille (SEM), depuis la fin des années 1930. Un système de gestion des contrats et de reddition de comptes. L'échéance du contrat de Marseille en 2013 suscite déjà un mouvement à l'interne, la SEM cherchant à accroître son efficacité et à réduire ses coûts afin de faire face à la concurrence, mais également afin de justifier son indépendance par rapport à ses maisons mères, Suez et Veolia. Le fait d'appartenir à part égale aux deux majors dans le domaine de l'eau était garant d'autonomie pour l'entreprise, ce qu'elle craint de perdre lorsque l'une des sociétés revendra ses parts à l'autre afin de se conformer aux normes européennes en matière de concurrence.

L'irrigation occupe une place très importante dans la société et l'économie chinoises. Toutefois, dans plusieurs régions de la Chine, notamment dans la Plaine du Nord, la pratique même de l'agriculture irriguée est remise en question. En effet, depuis le début des années 1970, la Chine fait face à une grave pénurie d'eau qui menace son développement et son environnement. À mesure que la pénurie s'intensifie, le secteur agricole résiste de plus en plus difficilement aux pressions des secteurs industriel et domestique qui exigent des parts croissantes des ressources en eau du pays. Paradoxalement, l'utilisation faite de l'eau dans le secteur agricole reste pour le moins extensive. Par conséquent, la rationalisation des modes de consommation d'eau des usagers agricoles constitue un élément indispensable dans la résolution du problème de pénurie d'eau. Conscient de la gravité du problème, le gouvernement chinois élaborait au début des années 1990 une série de programmes visant à réformer le processus de gestion de l'eau en milieu rural. Aujourd'hui, cette réforme s'appuie principalement sur la consolidation du système de tarification de l'eau dans le secteur agricole, ainsi que sur l'institutionnalisation d'un système de gestion local des eaux d'irrigation. Par cette réforme, l'État entend, d'une part, assurer le financement des agences d'irrigation, et d'autre part, inciter les usagers à adopter des pratiques plus responsables en favorisant le transfert de droits de gestion aux collectivités locales. L'objectif de cette thèse consiste à comprendre la nature des arrangements institutionnels adoptés dans le cadre de la réforme des systèmes d'irrigation en Chine. Pour ce faire, cette recherche repose sur l'utilisation du cadre d'analyse institutionnelle développé par E. Ostrom du Centre de politiques environnementales de l'Université d'Indiana. L'application de ce cadre sous-entend la présentation des attributs contextuels, la décomposition de l'espace décisionnel, l'étude des changements institutionnels, l'analyse des schémas d'interaction et l'évaluation des performances institutionnelles. Quant aux données utilisées pour cette recherche, elles proviennent de plusieurs sources et ont été rassemblées au moyen de différentes techniques, dont une revue de littérature, une analyse de contenu, d'observations sur le terrain et d'entrevues de recherche.

Dans un contexte de prise de conscience de la communauté internationale des enjeux de l’accessibilité à l’eau potable dans les pays en voie de développement, la Banque mondiale recommande aux États de privatiser leur gestion de l’eau. En 1999, le gouvernement néolibéral d’Hugo Banzer favorise la privatisation des services de distribution de l’eau de Cochabamba, qu’il justifie par le manque de capitaux nécessaires à la réalisation d’un projet de barrage (Misicuni). Les populations rurale, périurbaine et urbaine, qui avaient jusque-là une relation conflictuelle dans la gestion de l’eau à l’échelle régionale, s’unissent pour revendiquer l’annulation du contrat de concession du consortium international et la modification de la loi encadrant les droits de propriété et de gestion de l’eau. Les manifestations accompagnant ces revendications ont d’abord été réprimées par l’armée avant que le gouvernement accepte de re-nationaliser la gestion de l’eau et d’amender la loi. Quelles ont été les interactions économiques et politiques entre les différentes échelles géographiques représentées par les acteurs de ce conflit socio-territorial ? Quelles ont été les représentations géopolitiques de ces acteurs lors de la guerre de l’eau ? Quelle a été l’évolution des rapports de pouvoir territoriaux lors de ce conflit ? À travers une revue de sept journaux boliviens (1997-2004), nous avons analysé le discours des acteurs afin de comprendre les redéfinitions successives de la territorialité avant, pendant et après ce conflit sur la gestion de l’eau. Ce faisant, cette recherche démontre que les représentations entourant le projet Misicuni ont joué un rôle important dans la genèse du conflit. De plus, les us et coutumes paysannes et la nouvelle tarification de l’eau urbaine ont été les « rapports au territoire » à la base de la guerre de l’eau. Finalement, la plus grande importance des relations « locale-internationale » et « nationale-internationale » font en sorte que l’évolution de la construction locale du territoire est de plus en plus dépendante des acteurs internationaux. / En un contexto de una nueva conciensia de la comunidad internacionale de los enfoques de la accesibilidad del agua potable en los países subdesarrollados, el Banco Mundial recomanda a los Estados de privatizar su gestión del agua. En 1999, el gobierno neoliberal de Hugo Banzer ha favorisado la privatización de los servicios de distribución del agua de Cochabamba. Banzer ha justificado esta decisión con la falta de plata que necesitaba la realización del Proyecto Múltiple Misicuni. Las poblaciones campesina, periurbana y urbana, quien tenía una relación conflictual con la gestión del agua, se han unificado para revendicar la anulación del contrato de concesión del consortio international Aguas del Tunari y para modificar la ley de agua (2029). Las manifestaciones acompañiendo estas revencidaciones han sido reprimadas por la armada antes que el gobierno acepta de re-nacionalizar la gestión del agua y de cambiar la ley. ¿Cuales estaba las interacciones económica y política entre las diferentes escalas geograficas representadas por los actores de este conflicto socio-territorial? ¿Cuales han sido las representaciones geopolíticas de los actores durante la guerra del agua? ¿Cual ha sido la evolución de la relación de poder territorial durante este conflicto? A través de siete poriódicos bolivianos (1997-2004), analisamos el discurso de los actores para entender las redifiniciones de la territorialidad antes, durante y después de la guerra del agua. Entonces, esta investigación demuestra que las representaciones del proyecto Misicuni han jugado una función muy importante en el desarrollo del conflicto. Además, los usos y costumbres campesinos y la nueva tarificación del agua urbana han sido la “relación al territorio” en la base de la guerra del agua. Finalmente, la importancia de las relaciones “locale-internacionale” y “nacionale-internacionale” hacen que el dessarrollo de la construcción locale del territorio es de más en más dependiente de los actores internacionales.

Cette étude vise à analyser les bénéfices associés à l’amélioration de la qualité de l’eau en appliquant la méthode de « comportements défensifs » aux agriculteurs québécois. Des variables de perception sur la dégradation de la qualité de l’eau et de l’environnement et de caractéristiques individuelles et de ferme ont été incluses dans des modèles économétriques probit et poisson afin d’analyser leur impact sur la probabilité d’adoption de trois PGBs, de deux mesures défensives et sur la fonction de santé ainsi que pour identifier l’existence de lien entre PGBs et mesures défensives. Les résultats démontrent la significativité de certaines de ces variables dans les modèles de PGBs et de mesures défensives et l’existence de corrélation entre les trois PGBs. Toutefois, les mesures défensives n’ont pas d’effet sur l’adoption des PGBs de l’étude. Finalement l’adoption de PGBs réduit le nombre de jours de symptômes de maladie. / This study aims to analyze the benefits associated with improved water quality by applying the method of "defensive behavior" to Quebec farmers. Perception variables about the degradation of water quality and the environment and characteristics about individuals and farms were included in probit and poisson models to analyze their impact on the probability of adoption of three BMPs, two defensive measures and a health function and to explore the causality between defensive measures and the adoption of BMPs. Many of the aforementioned variables have significant impacts on the adoption of BMPs and defensive measures. We also found that the adoption processes of the three BMPs were correlated. However, we found no link between the adoption of defensive measures and the adoption of BMPs. Finally, the adoption of BMPs reduces the number of days with illness symptoms.

La demande en eau potable a été le sujet de plusieurs études, mais aucune ne s'est encore penchée sur la durabilité de la gestion de l'eau potable pour usage domestique. Cette étude cherche à établir le lien entre la gestion durable et les différentes structures tarifaires de l'eau potable. Un indice de gestion durable concernant l'eau potable à usage résidentiel est construit en suivant les critères de la Division du développement durable des Nations Unies (2001). L'indice créé est régressé sur les variables représentant les différentes structures tarifaires. Les données proviennent de l'enquête d'Environnement Canada «Municipal Water Pricing; 1991-1999». La relation entre la gestion durable d'une part, les modes de tarification, le prix facturé au citoyen, la taille de la municipalité et la province d'appartenance, d'autre part, est étudiée en détail. Les résultats suggèrent que la tarification à blocs progressifs favorise une gestion moins durable, alors que les autres modes de tarification, le prix, la taille et la province n'ont pas d'influence. / Domestic water demand has been the subject of many studies, but none has examined the sustainability of domestic water management. This study attempts to show the link between sustainable management and the different pricing structures in use in Canada, in 1999. A sustainable management index in regard to domestic water management is derived from guidelines issued by the United Nations Division for Sustainable Development (2001). Data was gathered by Environment Canada, for the 'Municipal Water Pricing, 1991-1999" study. The relation between management sustainability, on one hand; pricing structures, price, municipality's size and provincial government's jurisdiction, on the other hand, is analyzed in details. Results suggest that the increasing blocks pricing structure foster unsustainable management and that the other pricing structures, the price, the municipality's size and the provinces' jurisdiction do not affect management sustainability.

Le concept d'intégration dans la gestion intégrée de l'eau par bassin versant (GIEBV) a été sélectionné pour décloisonner les différentes approches et mieux protéger les ressources en eau dans une optique de développement durable. Ce processus intégré, caractérisé par la transversalité de nombreux enjeux, est complexe. L'évaluation des politiques publiques rattachée à ce type de gestion, l'est tout autant. Au-delà des avancées réalisées dans les dernières décennies, plusieurs problématiques freinent toujours l'intégration de la GIEBV au Québec. Divers ouvrages scientifiques québécois ont abordé divers thèmes et solutions pour la GIEBV. À travers notre démarche, plusieurs de ces analyses ont été sélectionnées et structurées autour de quatre types d'intégration (verticale, de la connaissance, participative, territoriale). Cette approche a permis d'identifier certains enjeux fondamentaux de la GIEBV et de mettre en relation diverses recommandations sous forme de synthèse afin d'évaluer la Politique nationale de l'eau (PNE) de 2002. Dans une optique de responsabilisation des acteurs de l'eau, ces pistes de solutions peuvent bonifier l'approche de la nouvelle Stratégie québécoise de l'eau (2018-2032) et ainsi renforcer le caractère intégré de la GIEBV au Québec. Nos résultats amènent à voir que, malgré les efforts des 15 dernières années, l'intégration pour la GIEBV n'est pas suffisamment effective. Bien qu'une évolution plus marquée soit observée pour l'intégration participative, certaines avenues devraient toutefois être davantage considérées pour ce type d'intégration comme celles d'acteurs plus responsabilisés œuvrant dans une dynamique plus collaborative et une clarification du rôle des organismes de bassins versants (OBV). Pour sa part, l'intégration verticale serait plus efficace par une décentralisation des responsabilités vers le palier régional, une législation révisée afin d'assurer une plus grande concordance entre ministères et secteurs d'activités ainsi que par la mise en place d'un système de redevance diversifié. Pour l'intégration de la connaissance, les différents types de savoirs (scientifiques, locaux, experts) devraient être mieux valorisés dans toutes les étapes du processus de la GIEBV. Pour l'intégration territoriale, l'échelle du bassin versant devrait être davantage considérée comme la plus pertinente pour la planification territoriale et pour articuler davantage la réalité des sous-bassins versants en matière de GIEBV jusqu'aux différents ministères.

Le partage équitable des bénéfices dans les bassins fluviaux transfrontaliers est nécessaire pour résoudre les conflits entre les pays riverains et atteindre un consensus sur les activités de développement et de gestion du bassin versant. Le partage des bénéfices doit être discuté collectivement par tous les pays riverains pour être perçu non seulement comme efficace, mais aussi équitable. La littérature actuelle décrit principalement ce que l’on entend par le partage des bénéfices d’un point de vue conceptuel. Les arrangements institutionnels pratiques qui assurent le bien-être économique maximal, ainsi que les méthodes développées en collaboration pour encourager le partage équitable des bénéfices, ne sont toutefois pas présentés. L’objectif global de ce projet de thèse est de développer un arrangement institutionnel, qui comprend à la fois des politiques de répartition de l’eau et des mécanismes de partage des bénéfices, afin d’améliorer la gestion des ressources en eau transfrontalières et d’encourager la coopération entre les pays riverains. La méthodologie étend l’approche traditionnelle, basée sur des stratégies d’allocation très limitées en allouant efficacement les ressources en eau et le partage équitable des bénéfices découlant de l’utilisation de l’eau. Cette thèse détaille l’arrangement institutionnel développé et, à travers trois activités distinctes, les principales composantes de l’arrangement sont analysés. Dans l’arrangement institutionnel, une autorité de bassin fluvial (RBA) est l’opérateur d’un système axé sur le marché, dans lequel les politiques d’allocation économiquement efficaces sont identifiées et imposées aux usagers de l’eau, qui doit payer pour l’eau qui leur est alloué. Ces frais sont collectés et redistribués, via une règle de partage spécifique au bassin fluvial, afin d’assurer l’équité entre les usagers de l’eau. Le bassin du Nil oriental est utilisé comme étude de cas pour illustrer l’approche. Il y a des secteurs hydroélectriques et agricoles répartis dans trois pays (Egypte, Soudan et Ethiopie) et une longue histoire de non-coopération dans ce bassin. La répartition actuelle de l’eau repose sur des accords bilatéraux de l’époque coloniale, qui désignent l’Egypte et le Soudan comme les seuls bénéficiaires des eaux du Nil. La coopération future est impérative dans ce bassin pour profiter du potentiel hydroélectrique en Ethiopie, et du potentiel de l’agriculture au Soudan, ainsi que pour atténuer, autant que possible, les effets du changement climatique. Les résultats montrent que la gestion coopérative du bassin du Nil oriental, et de son infrastructure, augmenterait considérablement les bénéfices économiques à l’échelle du bassin et entraiînerait une répartition de l’eau plus efficace. L’arrangement institutionnel garantit que l’eau est retirée ouù elle a la plus grande valeur et que les investissements en amont dans des projets à faible productivité sont découragés. Le plus haut niveau de coopération est effectuée en vertu d’une institution supranationale et toutes les parties doivent se mettre d’accord sur la définition de l’équité dans le le partage des bénéfices. L’imposition d’axiomes spécifiques sur la base de cette vision collaborative de l’équité se traduit par une solution unique pour la répartition des bénéfices économiques. Une règle de partage élaborée avec la participation des parties prenantes peut être plus acceptable parce que la définition de la règle n’est pas contestée, comme ce serait le cas si les règles existantes avaientété appliquées avec leurs propres définitions de l’équité. Enfin, les résultats globaux montrent que la réalisation de compromis entre l’efficacité et l’équité peut se produire lorsque ces deux principes de répartition de l’eau sont couplés afin de maximiser les avantages de l’utilisation de l’eau, puis de réaffecter ces d’une manière équitable. / The equitable sharing of benefits in transboundary river basins is necessary to solve disputes among riparian countries and to reach a consensus on basin-wide development and management activities. Benefit-sharing arrangements must be collaboratively developed to be perceived not only as efficient, but also as equitable, and to be considered acceptable to all riparian countries. The current literature mainly describes what is meant by the term benefit sharing, in the context of transboundary river basins, and discusses this from a conceptual point of view. Practical, institutional arrangements that ensure maximum economic welfare, as well as collaboratively developed methods for encouraging the equitable sharing of benefits, are, however, not provided. The overall objective of this PhD project was to develop an institutional arrangement, that includes both water allocation policies and benefit-sharing mechanisms, to improve the sustainability of managing transboundary water resources and to encourage cooperation between riparian states. The methodology extends the traditional approach, which is based on highly constrained allocation policies, that merely complement existing management institutions, by efficiently allocating water resources and then equitably sharing the benefits derived from water use. This thesis details the institutional arrangement developed and, through three separate activities, the main components of the arrangement are analyzed. A river basin authority (RBA) is the operator of a market-based system, in which economically efficient allocation policies are identified and imposed on water users, who are charged for the water allocated to them. These charges are collected and redistributed, via a sharing rule specific to the river basin, to ensure equity among the water users. The Eastern Nile River Basin is used as the case study to illustrate the approach. There are important hydropower and agricultural sectors spread across three countries (Egypt, Sudan and Ethiopia), and there is a long history of non-cooperation in this river basin. Current water allocation is based on colonial era bilateral agreements that designate Egypt and Sudan as the only beneficiaries of the Nile waters. Future cooperation is imperative, in this basin, to take advantage of hydropower potential in Ethiopia, and agriculture potential in Sudan, as well as to mitigate, as much as possible, the effects of climate change in the near future. Results reveal that the cooperative management of the Eastern Nile River Basin and its infrastructure would significantly increase the basin-wide economic benefits and lead to more efficient water allocation. The institutional arrangement ensures that water is withdrawn where it has the greatest value (efficient water allocation is established) and that upstream investments in low productivity projects are discouraged. The highest level of cooperation is effectuated through a supranational institution and all parties must agree on the definition of fairness in the sharing of benefits.The imposition of specific axioms, based on this agreedupon vision of fairness results in a unique solution for the distribution of economic benefits. A sharing rule developed with stakeholder input may be more acceptable because the definition of the rule is not in question, as would be the case if existing rules were applied with their inherent definitions of equity. Finally, overall results show that achieving trade-offs between efficiency and equity can occur when these two principles of water allocation are coupled to first maximize the benefits from water use and then reallocate these in an equitable manner.

Bien qu’il soit reconnu comme un droit humain par les Nations Unies, l’accès à l’eau potable constitue toujours une lacune à l’échelle mondiale. Malgré le caractère criant de cette problématique, il est évalué que 42,5% de la population mondiale n’avait pas accès à une source d’eau potable améliorée à domicile en 2015. Néanmoins, l’indicateur actuellement utilisé afin d’établir le portrait de la situation à l’échelle mondiale chiffre la proportion de population ayant accès à une source d’eau potable à 91%. Mise de l’avant par plusieurs organisations, cette statistique repose sur le type de source utilisé par les ménages, sans porter considération à la localisation de la source ni même à la qualité de celle-ci. L’objectif de cette étude est d’effectuer un portrait rigoureux des conditions d’accès et des inégalités actuellement observées dans les pays en voie de développement. En s’intéressant au temps de collecte nécessaire pour atteindre une source d’eau depuis son point d’utilisation, il est possible de déterminer le potentiel pour tous d’accéder aux services d’approvisionnement en eau potable. L’analyse des données des enquêtes démographiques et de santé (DHS) de l’Agence des États-Unis pour le développement (USAID) et des enquêtes à indicateurs multiples (MICS) de l’UNICEF permet de reconnaitre l’impact du temps de collecte pour 27 pays en voie de développement. / Although it is recognized as a human right by the United Nations, a lack of access to safe drinking water still remains widespread worldwide. Despite its importance, an estimated 42.5% of the world’s population did not have access to an improved drinking water source on premises in 2015. However, the indicator currently used to monitor the global picture of access measured the proportion of the population with access to drinking water as 91%. This statistic is based on the type of source used by households, but does not consider the location nor the quality of the source. The objective of this study is to provide a rigorous picture of drinking water access conditions and inequalities currently observed in developing countries. By considering time required to reach a water source from its point of use, it is possible to determine the potential access for a sufficient amount of drinking water. The impact of water fetching collection time for 27 developing countries is determined through data analysis of household surveys from United States Agency for International Development (USAID) Demographic and Health Surveys (DHS) and UNICEF Multiple Indicator Cluster Surveys (MICS).

Les systèmes de distribution d'eau (SDE) efficaces sont cruciaux pour les sociétés modernes. Leur fonctionnement nécessite d'importantes quantités d'énergie, avec un impact financier significatif pour les fournisseurs d'eau, généralement les gouvernements. De plus, la conception et la maintenance de ces installations atteignent souvent des millions de dollars. Les méthodes actuelles pour résoudre ces problèmes sont souvent excessivement simplifiées ou ne peuvent résoudre que des réseaux schématiques de petite taille. Cette thèse comprend quatre projets de recherche abordant différentes étapes d'optimisation dans les SDE. Tout d'abord, nous étudions le problème de la planification des pompes pour les SDE, comprenant des pompes fournissant le débit et la pression nécessaires au réseau d'eau pour satisfaire les demandes des consommateurs. En plus de planifier le fonctionnement des pompes sur un horizon temporel donné, plusieurs contraintes liées aux propriétés hydrauliques sont prises en compte, certaines pour la première fois dans la littérature. L'objectif est de fournir un plan de pompage de coût minimum qui satisfait toutes les demandes et respecte de nombreuses contraintes opérationnelles et hydrauliques. Nous proposons une formulation non linéaire et non convexe ainsi qu'une heuristique performante, qui vissent la minimisation des coûts énergétiques. Le comportement hydraulique physique est assuré via un logiciel de simulation hydraulique. Notre méthode a significativement amélioré, jusqu'à 17%, les meilleures solutions pour plusieurs instances de référence, en obtenant des solutions plus rapidement que les méthodes de la littérature. Nos solutions réduisent également la consommation d'énergie pendant les périodes de pointe, lorsque le réseau électrique est le plus sollicité. La deuxième étude touche l'optimisation de la qualité de l'eau dans les systèmes de distribution d'eau. Ici, nous abordons le problème de la planification des pompes contraint par la qualité de l'eau, où en plus de planifier le fonctionnement des pompes et la maintenance du comportement hydraulique, nous devons garantir une qualité d'eau adéquate en gérant l'injection de chlore dans le système sur un horizon temporel d'une journée, avec une injection variable de chlore dans les sources d'eau, les réservoirs et les nœuds d'injection. Cette étude introduit un nouvel ensemble de contraintes pour assurer la continuité de la qualité de l'eau, ce qui permet au plan de fonctionner sur un horizon temporel étendu. Ce travail propose un algorithme génétique de tri non dominé (NSGA-II) pour aborder une adaptation d'un réseau de grande taille issu de la littérature sur le problème de planification des pompes, avec des restrictions ajoutées pour la qualité de l'eau. Cette méthode a significativement amélioré les meilleures solutions de planification des pompes pour le réseau de Florianópolis, au Brésil, jusqu'à 3,74%, tout en assurant une gestion efficace de la qualité de l'eau. La troisième étude porte sur la conception et la maintenance des SDE. En particulier, le problème de conception du réseau de distribution d'eau, qui détermine le meilleur ensemble de conduites pour fournir de l'eau depuis les sources jusqu'aux consommateurs. La formulation générale du problème de conception optimale est très difficile à résoudre : elle nécessite de garder une pression minimale d'eau et de satisfaire les demandes de tous les nœuds tout en respectant des contraintes hydrauliques non linéaires. Cela nécessite des heuristiques complexes ou des simplifications qui réduisent la viabilité des solutions. Nous proposons une heuristique de recherche de voisinage parallèle, axée sur la minimisation des coûts de construction en exploitant deux opérateurs performants et plusieurs critères de réduction de l'espace des solutions. Notre méthode est testée sur plusieurs réseaux de référence, pour lesquelles nous avons obtenu les meilleures solutions de la littérature, tout en réduisant le nombre de simulations hydrauliques requises, offrant un meilleur compromis entre coût et performance. Enfin, notre quatrième recherche aborde la fiabilité lors de la conception de réseaux de distribution d'eau. Cette étude compare deux fonctions de résilience bien connues, qui servent de mesure substitutive de la fiabilité du réseau. Ce problème vise à déterminer le meilleur ensemble de conduites pour fournir la demande en eau avec une pression adéquate tout en minimisant les coûts de construction et en maximisant la fiabilité du réseau. Ensuite, un algorithme génétique multi-objectif est utilisé pour obtenir les fronts de Pareto coût-fiabilité pour chaque fonction. Les résultats des trois réseaux de référence sont ensuite soumis à une analyse comparative à l'aide de quatre tests distincts de fiabilité du réseau, couvrant des scénarios liés à la rupture de conduites, à l'augmentation de la demande, au débit en cas d'incendie et au vieillissement des conduites. En particulier, le test de fiabilité en cas de vieillissement des conduites intègre une fonction de régression conçue pour estimer la dégradation annuelle du coefficient de rugosité de la formule Hazen-Williams pour calculer les pertes de charge. De plus, cette recherche propose également une étude approfondie sur la prise de décision robuste visant à utiliser efficacement les résultats des tests de fiabilité afin de sélectionner une conception fiable pour un réseau de distribution d'eau. Les algorithmes développés dans cette thèse et les solutions que nous obtenons pour ces problèmes difficiles et pertinents sont non seulement importants du point de vue pratique, mais contribuent également à la littérature dans les domaines de l'optimisation et de la distribution d'eau. Les résultats obtenus avec cette thèse ont le potentiel de générer des économies de milliers de dollars pour les municipalités à court terme et de contribuer au développement durable à long terme. / Efficient Water Distribution Systems (WDS) are crucial for modern society. Their operation requires large amounts of energy with significant financial impact for the utility providers, typically governments. Moreover, the design and maintenance of these facilities often reach the scale of millions of dollars. Existing solution methods for these problems are often oversimplified or can only solve very small schematic networks. This thesis comprises four research projects addressing different optimization stages arising in WDS problems. First, we study the pumping scheduling problem for WDS, consisting of pumps providing the flow and pressure for the water network to satisfy consumers' demands. Besides scheduling the operation of pumps over a planning horizon, several constraints regarding hydraulic properties are considered, some for the first time in the literature. The goal is to provide a pumping plan of minimum cost that satisfies all demands and respects many operational and hydraulic constraints. We propose a nonlinear and non-convex formulation and a high-performance heuristic, focusing on minimizing the energy cost. Our method significantly improved the best solutions for several benchmark instances by up to 17%, obtaining solutions faster than the methods from the literature. Our solutions also reduce the energy consumed during peak periods, when the electrical grid is most strained. The second study delves into the water quality optimization of water distribution systems. Here, we address the quality-constrained pump scheduling problem, where besides scheduling the operation of pumps and the maintenance of the hydraulic behavior, we must ensure adequate water quality by managing the injection of chlorine through the system over a one-day planning horizon with variable chlorine injection at reservoirs, tanks, and booster nodes. This study introduces a new set of tank-quality continuity constraints that allow schedules to work over a long rolling horizon. This work proposes a Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II to address a quality-constrained adaptation of a real big-size benchmark network from the pumping scheduling problem literature. This method significantly improved the best pumping scheduling solutions for the Florianópolis network by up to 3.74% while ensuring efficient water quality management. The third study addresses the design and maintenance of WDS. In particular, the water distribution network design problem determines the best set of pipes to supply water from the reservoirs to the consumers. The general formulation of the optimal cost design problem is very difficult to solve: it requires maintaining minimum water pressure and fulfilling the demand of all nodes while satisfying nonlinear hydraulic constraints. This leads to complex heuristics or simplifications that reduce the viability of the solutions. We propose a simple parallel neighborhood search heuristic, which focuses on minimizing the construction cost by exploiting two high-performance operators and multiple solution-space reduction criteria. Our method is tested on several benchmark instances, matching the best solutions from the literature while improving the number of hydraulic simulations required, providing a high-performance trade-off between cost and performance. Finally, our fourth research addresses the reliable water distribution network design problem. This study compares two well-known resilience functions, which work as a surrogate measure of network reliability. This problem seeks to determine the best set of pipes to supply the water demand with adequate pressure that minimizes the construction cost and maximizes the network reliability. Subsequently, a multi-objective genetic algorithm is employed to derive the cost-resilience Pareto-fronts for each function. The results from three benchmark networks are then subjected to a comparative analysis using four distinct network reliability tests, encompassing scenarios related to pipe failure, demand increase, fire flow, and pipe aging. In particular, the pipe aging reliability test incorporates a regression function designed to estimate the annual degradation of the Hazen-Williams roughness coefficient. Moreover, this research also provides a comprehensive study on robust decision-making to effectively utilize the results from the reliability tests in order to select a dependable design for a water distribution network. The algorithms developed in this thesis and the solutions we obtain for these difficult and relevant problems are not only important from a practical standpoint but also contribute to the literature of both optimization and water distribution fields. The results obtained with this thesis have the potential to save several thousands of dollars for municipalities in the short term and to contribute to sustainable development in the long term.