La gestion en temps réel (GTR) est considérée comme une solution économiquement efficace pour réduire les déversements par temps de pluie car elle optimise la capacité disponible des réseaux d'assainissement. La GTR permet d'éviter la construction de volumes de rétention supplémentaires, d'augmenter l'adaptabilité du réseau aux changements de politiques de gestion de l'eau et surtout d'atténuer l'impact environnemental des déversoirs d'orage. À la suite de l'intérêt croissant pour la GTR fondée sur la qualité de l'eau (QBR), cette thèse démontre une stratégie simple et efficace pour les charges polluantes déversées par temps de pluie. La performance de la stratégie QBR, basée sur la prédiction des courbes masse-volume (MV), est évaluée par comparaison avec une stratégie typique de GTR à base hydraulique (HBR). Une étude de validation de principe est d'abord réalisée sur un petit bassin versant de 205 ha pour tester le nouveau concept de QBR en utilisant 31 événements pluvieux sur une période de deux ans. Par rapport à HBR, QBR offre une réduction des charges déversées pour plus d'un tiers des événements, avec des réductions de 3 à 43 %. La stratégie QBR est ensuite mise en oeuvre sur le bassin versant de Louis Fargue (7700 ha) à Bordeaux, France et comparée à nouveau à la stratégie HBR. En implémentant QBR sur 19 événements pluvieux sur 15 mois, ses performances sont constantes et apportent des avantages précieux par rapport à HBR, 17 des 19 événements ayant une réduction de charge variant entre 6 et 28.8 %. La thèse évalue en outre l'impact de l'incertitude de prédiction de la courbe MV (due à l'incertitude de prédiction du modèle) sur la performance de la stratégie QBR, en utilisant un événement pluvieux représentatif. La marge d'incertitude qui en résulte est faible. En outre, l'étude de sensibilité montre que le choix de la stratégie QBR ou HBR doit tenir compte des dimensions réelles des bassins et de leur emplacement sur le bassin versant. / Real time control (RTC) is considered as a cost-efficient solution for combined sewer overflow (CSO) reduction as it optimises the available capacity of sewer networks. RTC helps to prevent the need for construction of additional retention volumes, increases the network adaptability to changes in water management policies, and above all alleviates the environmental impact of CSOs. Following increasing interest in water quality-based RTC (QBR), this thesis demonstrates a simple and nothing-to-lose QBR strategy to reduce the amount of CSO loads during storm events. The performance of the QBR strategy, based on Mass-Volume (MV) curves prediction, is evaluated by comparison to a typical hydraulics-based RTC (HBR) strategy. A proof-of-concept study is first performed on a small catchment of 205 ha to test the new QBR concept using 31 storm events during a two-year period. Compared to HBR, QBR delivers CSO load reduction for more than one third of the events, with reduction values from 3 to 43 %. The QBR strategy is then implemented on the Louis Fargue catchment (7700 ha) in Bordeaux, France and similarly compared with the HBR strategy. By implementing QBR on 19 storm events over 15 months, its performance is consistent, bringing valuable benefits over HBR, with 17 out of 19 events having load reduction varying between 6 and 28.8 %. The thesis further evaluates the impact of MV curve prediction uncertainty (due to model prediction uncertainty) on the performance of the QBR strategy, using a representative storm event. The resulting range of uncertainty is limited. Besides, results of the sensitivity study show that the choice of the QBR or HBR strategy should take into account the current tank volumes and their locations within the catchment.

Il apparaît au grand jour que de nombreuses substances telles que les perturbateurs endocriniens sont introduites quotidiennement dans l’environnement. Ces molécules organiques bien souvent d’origine anthropique peuvent être employées dans d’innombrables circonstances : pharmaceutique, médecine, agriculture, cosmétique, agroalimentaire pour citer quelques exemples. Parmi ce large panel de composés, se trouvent les hormones stéroïdiennes. Un certain nombre de maladies et de modifications aussi bien comportementales que physiologiques tant chez l’humain que sur la faune aquatique sont attribuées à l’usage et aux rejets chroniques de ces perturbateurs endocriniens. Il est donc indispensable de développer une approche portée sur la prévention et l’étude des niveaux de contamination selon un seul maître-mot : précaution. Dans ce contexte, ce projet de doctorat visait à développer de nouvelles méthodes de détection des hormones stéroïdiennes à niveau ultra-trace dans diverses matrices environnementales. La sélection des composés ciblés dans ce projet s’est basée sur la nouvelle liste de perturbateurs endocriniens prioritaires de l’agence de protection de l’environnement des États-Unis (US EPA), récemment élargie à d’autres classes de substances dont le bisphénol A. Les méthodes analytiques ont été développées non seulement dans l’eau du robinet (EPA 539), mais également dans d’autres matrices plus complexes (eaux de surface, eaux usées). Commune à l’ensemble des procédures testées, la phase de validation analytique a permis de vérifier la conformité avec les exigences de performance de l’EPA. La première méthode mise au point repose sur une pré-concentration rapide de l’échantillon par extraction sur phase solide en ligne (on-line SPE) couplée à la chromatographie liquide à ultra-haute performance (UHPLC) et à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). La méthode validée présente de nombreux avantages—reproductibilité, automatisation, temps d’analyse minimal, logistique réduite et surtout des limites de détection de 0,10 ng·L-1 à 7,5 ng·L-1 selon les différentes matrices étudiées. Cette méthode apparaît particulièrement adaptée pour la détection des hormones dans les eaux usées, en lien avec les plus fortes concentrations attendues. Cependant, il est apparu pertinent d’améliorer encore la sensibilité des méthodes dans certains contextes, notamment dans le cadre des iv analyses d’eau de surface, compte tenu des critères de qualité applicables. La principale modification fut apportée au niveau de l’extraction et de la purification des échantillons. Amendée à la faveur des différentes matrices, l’étape d’extraction par SPE hors-ligne automatisée (off-line SPE) a permis d’atteindre des limites de détection adéquates variant de 0,010 ng·L-1 à 6,0 ng·L-1 dépendamment de la matrice et du composé. Un aspect original de cette étude a consisté à étudier de façon plus systématique les facteurs de robustesse de la méthode lorsque soumise à certaines variations, tant au niveau de l’analyse instrumentale (phases mobiles, volume d’injection) que des protocoles (emploi de différents agents de conservation, par exemple). L’analyse de la phase dissoute ne saurait être suffisante pour comprendre le devenir environnemental des perturbateurs endocriniens dans les milieux aquatiques, notamment leur distribution. Dans cette optique, la phase particulaire en suspension dans la colonne d’eau (SPM) fut également étudiée après optimisation et validation de la méthode d’extraction. Les limites de détection obtenues étaient comprises entre 0,10 ng/g et 3,0 ng/g, un degré de performance adéquat au regard des teneurs attendues dans l’environnement. De telles méthodes ne trouveraient pas de fondement si elles n’étaient pas employées à l’analyse d’échantillons réels. C’est pourquoi, pour chaque méthode développée, une série d’échantillons d’eau a été analysée pour toutes les matrices étudiées. La quantification des hormones stéroïdiennes a permis de rendre compte des niveaux de concentrations retrouvés dans l’environnement. Une étude saisonnière d’un cours d’eau a également été réalisée durant quatre saisons (hiver, printemps, été et automne) afin d’évaluer les éventuelles variations saisonnières en termes d’occurrence et de concentration. / It is now admitted that many substances such as endocrine disruptors are released daily into the environment. This process can be of natural origin but is predominantly linked to human activity. Endocrine disruptors originate from numerous fields: medicine, agriculture, cosmetics, and the food industry, to name a few. Steroid hormones belong to this wide array of compounds. A significant number of human diseases and behavioral and physiological changes in both humans and aquatic life have been attributed to the use and chronic release of these endocrine disruptors. The effects of such a cocktail of substances are difficult to understand and evaluate. To date, the synergistic mechanisms or the potential cumulative effects are not well known. It remains essential to develop an approach focused on the prevention and the study of contamination levels with one key word in mind: precaution. In this context and aiming to detect steroid hormones in tap water, surface water and wastewater at trace levels, new analytical methods have been developed within the framework of this project. The first method developed is based on high performance liquid chromatography (HPLC) coupled with tandem mass spectrometry (MS / MS). LC-MS/MS hyphenation involved using an electrospray ionization source at atmospheric pressure with heating element (H-ESI). Pre-concentration and purification of the samples were executed by on-line solid phase extraction (on-line SPE). The validated method presents several advantages: reproducibility, automation, minimum analysis time, reduced logistics and above all, detection limits ranging from 0.10 ng·L-1 to 7.5 ng·L-1 considering the different matrices studied. The second approach proposed herein is based on the development of an analysis method allowing lower detection limits compared to the previous workflow. The same detection method was used, but a modification was made to the sample extraction and purification. Allowing for greater pre-concentration than online SPE, manual SPE (off-line SPE) was used in this method. Depending on the particular matrix, the extraction step allowed to reach adequate detection limits for the analysis of environmental aqueous samples: 0.010 ng·L-1 up vi to 6.0 ng·L-1 from the matrix-free sample to the most complex matrices. The use of an automated system also made it possible to make the extraction step robust and reproducible. The analysis of the dissolved phase of water samples cannot be sufficient to understand and comprehensively assess the contamination of aquatic environments. The particulate phase in suspension in the water column (SPM) was also studied. The extraction method was optimized and validated. Coupled with the previous method of analysis, it was possible to quantify the steroid hormones attached to suspended materials. The obtained detection limits ranged from 0.10 ng/g to 3.0 ng/g dry weight. For each developed method, dissolved phase samples were analyzed for all the studied matrices (tap water, surface water and wastewater). Quantification of steroid hormones allowed the comprehension of concentration levels found in the environment under usual discharge conditions in multiples matrices. A seasonal study of a watercourse was also carried out during the winter, spring, summer and fall seasons to observe possible seasonal variations in terms of occurrence and concentration.

Depuis la construction de l’autouroute 40 dans les années 70 (tronçon Félix-Leclerc), le lac Saint-Augustin s’est grandement enrichi en sels de déglaçage et en métaux lourds. Un marais épurateur construit et adapté (MECA), dans lequel ont été intégrées des plantes halophytes, a donc été implanté afin traiter une partie des eaux de ruissellement provenant de l’autouroute. Le comportement et l’efficacité de ce dernier ont été évalués afin de déterminer si cette technologie était en mesure de pallier à la problématique de contamination. Les observations et les analyses ont permis d’établir que les plantes halophytes sont mal adaptées aux conditions environnementales du MECA et que seulement environ 1% des sels sont emmagasinés dans les plantes. Les concentrations mesurées dans les eaux ont montré que le MECA est efficace pour emmagasiner du sel de déglaçage, principalement en période de temps sec, mais que les quantités accumulées sont peu significatives par rapport aux quantités introduites. / Following the construction of Highway 40 in the 1970s (Félix-Leclerc section), concentrations of de-icing salts and heavy metals in Saint-Augustin Lake have greatly increased. An adapted constructed wetland (MECA) in which halophyte plants were integrated was installed in order to treat part of the highway runoff. The behavior and the effectiveness of the MECA were evaluated to determine if it is an appropriate technology to mitigate the problem of de-icing salts and heavy metals contamination. Observations and analyses have allowed us to establish that halophyte plants are generally not adapted to the environmental conditions of the MECA and that approximately only 1% of the de-icing salts get stored in the plants. Concentrations measured in the water indicate that the MECA is effective at storing de-icing salts, especially during dry weather periods, but that the accumulated amounts of salts are not very significant compared to the introduced amounts.