Mémoire (M.Sc.A.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1991. / Bibliogr.: f. 86-91. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Ce travail de thèse concerne la caractérisation de la structure spatio-temporelle des fortes précipitations dans la région Cévennes-Vivarais. La région est soumise à des événements de pluie catastrophiques dont la magnitude gouverne les conséquences à différentes échelles de temps et d'espace. La détermination de la probabilité d'occurrence des orages est problématique à cause du caractère extrême des ces événements, de leur dimension spatio-temporelle et du manque de données pluviométriques aux échelles d'intérêt. Nous proposons d'adopter des approches d'invariance d'échelles afin d'estimer la fréquence d'occurrence de ces événements. Ces approches permettent d'extrapoler la distribution de la pluie à haute résolution à partir de données d'intensité pluvieuse à plus faible résolution. La paramétrisation de ces modèles étant fortement dépendante de l'incertitude de la mesure, nous avons d'abord caractérisé l'erreur commise dans la mesure de la pluie par un réseau de pluviomètres à augets. Nous avons ensuite exploré le comportement des pluies extrêmes dans la région d'étude, identifiant les gammes d'invariance d'échelles des extrêmes. Dans cette gamme d'échelles, nous présentons un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence qui prend en considération l'hétérogénéité spatiale des extrêmes dans la région. Étant donné que le réseau pluviométrique ne permet pas de détecter les propriétés d'invariance d'échelle spatiale des champs de pluie, nous avons adopté une méthode semi-empirique pour modéliser des intensités de pluie intégrés sur des surfaces données (pluie surfacique) sur la base du concept de la mise en échelle dynamique (« dynamic scaling »). Cette modélisation permet la construction d'un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence-Surface. Enfin, nous avons appliqué ce modèle à la construction des diagrammes de sévérité pour trois événements marquants en région Cévennes-Vivarais, afin d'identifier les échelles spatio-temporelles critiques pour chaque événement. Grâce aux diagrammes de sévérité, nous avons pu évaluer, pour ces mêmes événements, la performance d'un modèle météorologique de méso-échelle. / The thesis is devoted to the characterization of the space-time structure of heavy rainfall events in the Cévennes-Vivarais area (France). The region is prone to catastrophic storms whose magnitude governs social and economic consequences at different space and time scales. The magnitude of an event cannot be univocally related to a probability of occurrence. The determination of the occurrence probability of storms is problematic because of their extreme character, of their complex space-time development and of the lack of rainfall data at the spatial and temporal scales of interest. We propose to adopt scale-invariant approaches in order to estimate the heavy rainfall frequency assessment. These approaches allow to extrapolate the high resolution rainfall distribution based on low resolution rainfall intensity data. The model estimation being heavily dependent of the data accuracy, the first step consists in the characterization of the error committed in the point and spatial rainfall estimated by tipping-bucket raingage networks. We then explore the extreme rainfall behavior in the region, detecting the range where extremes are scale-invariant. In this range, we present a regional Intensity-Duration-Frequency model for point rainfall maxima taking into account the heterogeneity of extremes in the region. We demonstrate that the rainfall network does not allow to detect scale-invariant properties of extreme rainfall fields, and then we adopt a semi-empirical method based on the concept of « dynamic scaling » to build regional Intensity-Duration-Area-Frequency curves. Finally, we apply this model for the determination of the severity diagrams for three significant storms in the Cévennes-Vivarais region, with the aim to identify the critical space-time scales of each event. Based on severity diagrams, we then evaluate, for the same events, the performances of a mesoscale meteorological model.

La méthode SCHADEX (Simulation Climato-Hydrologique pour l'Appréciation des Débits EXtrêmes) est, depuis 2007, la méthode de référence pour le calcul de la crue de projet servant au dimensionnement des évacuateurs des barrages d'EDF (Électricité De France). Cette méthode vise à estimer les quantiles extrêmes de débits par un procédé de simulation stochastique qui combine un modèle probabiliste de pluie et un modèle hydrologique pluie-débit. L'objectif principal de cette thèse est la « validation » de la méthode SCHADEX, la compréhension de ses possibilités et de ses limites, notamment par des études de sensibilité aux hypothèses sous-jacentes et par sa confrontation à la plus large gamme possible d'observations (régions et climats contrastés, taille variable de bassins versants). La première étape de ce travail a porté sur la description probabiliste des événements pluvieux générateurs de crues, avec notamment l'introduction d'une distribution des pluies observées conditionnée par type de temps (distribution MEWP, Multi-Exponential Weather Patterns). Pour valider ce modèle probabiliste, nous avons comparé ses résultats à ceux de modèles classiques de la théorie des valeurs extrêmes. En nous appuyant sur une large base de données de stations pluviométriques (478 postes localisés en France, Suisse et Espagne) et sur une technique de comparaison orientée vers les valeurs extrêmes, nous avons évalué les performances du modèle MEWP en soulignant la justesse et la robustesse de ses estimations. Le procédé de simulation hydrologique des volumes écoulés suite à des événements pluvieux intenses (processus de simulation semi-continue) a été décrit en soulignant son caractère original et parcimonieux du point de vue des hypothèses d'extrapolation nécessaires, et sa capacité à extraire le maximum d'information des séries chronologiques traitées. En nous appuyant sur une base de données de 32 bassins versants, nous avons analysé la sensibilité de cette méthode (i) à ses paramètres de simulation (i.e. nombre de tirages, etc.), (ii) au modèle probabiliste de pluie et (iii) au modèle hydrologique pluie-débit. Cette étude nous a permis de figer certains paramètres de simulation et surtout de hiérarchiser les étapes et les options de simulation du point de vue de leurs impacts sur le résultat final. Le passage des quantiles extrêmes de volumes à ceux des débits de pointe est réalisé par un facteur multiplicatif (coefficient de forme), identifié sur une collection d'hydrogrammes. Une sélection de ces hydrogrammes par une approche semi-automatique, basée sur une technique d'échantillonnage sup-seuil, a été développée. Globalement, ce travail a permis de reformuler, justifier et vérifier les hypothèses de base de la méthode, notamment celles liées à l'aléa pluviométrique ainsi qu'à l'aléa « état hydrique » du bassin versant, et celles liées au procédé de simulation hydrologique semi-continue des écoulements. Des améliorations et des simplifications de certains points de la méthode ont aussi été proposées pour des estimations de débit extrêmes plus fiables et robustes. Une adaptation de la classification des journées par type de temps a été proposée pour étendre le calendrier de référence, de 1953-2005 à 1850-2003, en exploitant des informations simplifiées sur les champs de pression. La procédure de simulation hydrologique a été améliorée, notamment en conditionnant le tirage des épisodes pluvieux au type de temps, ce qui permet de mieux prendre en compte la dépendance pluie- température. Ces travaux ne mettent certainement pas un point final au développement de la méthode SCHADEX mais la fondent sur des bases méthodologiques saines et documentées. Ils proposent des perspectives de recherche sur des thématiques variées (e.g. prise en compte de variabilité de la forme des hydrogrammes de crue pour le passage au débit de pointe, modélisation hydrologique, estimation de crues extrêmes en bassins non jaugés ou en contexte non-stationnaire). / Since 2007, EDF (Électricité de France) design floods of dam spillways are computed using a probabilistic method named SCHADEX (Climatic-hydrological simulation of extreme foods). This method aims at estimating extreme flood quantiles by the combination of a weather patterns based rainfall probabilistic model and a conceptual rainfall-runoff model. The aim of this PhD thesis is to “validate” SCHADEX method by assessing its potential and its limits with a sensitivity analysis of its hypothesis and with a comparison to the widest possible range of data (various regions and climates, different watershed sizes). In the first part of this thesis we describe the stochastic generation process of rainfall events. We introduce a rainfall probabilistic model based on weather pattern classification, called MEWP (Multi-Exponential Weather Pattern) distribution. To validate the MEWP model, we compare it to the standard probabilistic models of extreme values theory. Basing on a wide rainfall dataset (478 raingauges located in France, Switzerland and Spain) and on new specific criteria, we evaluate the suitability of MEWP model in terms of reliability and robustness. In the second part of this work, the hydrological simulation process of volumes, called semi-continuous simulation process, is introduced. We highlight the efficiency and the originality of this process link to its ability to mix various hydrological data for extreme flood estimation while keeping parsimonious extrapolation hypothesis. Basing on a dataset of 32 watersheds, we realize a sensitivity analysis of this process to (i) simulation parameters (i.e. number of simulation, etc.), (ii) to rainfall probabilistic model and (iii) to rainfall-runoff model. This study allows us to fix some simulation parameters and especially to prioritize the simulation steps and options by their impact on final results. The third part is about the passage from extreme volumes quantiles to extreme peak flows quantiles that is done by a peak flows ratio. This ratio is computed on a hydrograms sample that is extract from flood time series by a specific peak over threshold sub-sampling developed in this thesis. Globally, we reformulate, justify and verify the basic assumptions of the method, with a special focus on rainfall risk, hydrological risk and semi-continuous simulation process. In order to make extreme flood estimations more reliable and robust same improvements and simplifications of the method are proposed. To widen the available period of the weather pattern classification from 1953-2005 to 1850-2003, we computed another weather pattern classification based on shade geopotential information. To take into account precipitation-temperature dependency, the simulation process is improved conditioning the generation of rainfall events by weather pattern sub-sampling. Certainly this thesis does not put the end to SCHADEX method developments but ground it on sound and documented basis. Such future investigations about variability of shape flood hydrograms, comparison of hydrological model in extrapolation domain, extreme flood risk estimation on ungauged watershed and in non-stationary context, are planned.

Il s'agit de l'action de cueillir de Ia pluie. La pluie se présente comme matiere plastique de recherche et c'est ce qu'on exprime dans ce travail qui entrelace les Arts Visuels et l'Éducation. De maniere à que l'impression et dilution de l'eau et de supports constituent le mouvement qui montre et parcourt, dans un processus d'expérimentations qui est un apprentissage. Pour ça, cette recherche produit des photographies et s'approche des notions de Ia gravure. Elle essaie des façons de rechercher avec l'art et Ia littérature puisque ces façons ont lieu à travers Ia poétique visuelle et l'écriture. Avec Roland Barthes, elle trouve dans Ia notion de Punctum le dédencheur pour Ia production d'un texte de désir, en s'approchant de l'expression française CoupdeFoudretrouvée dans les contes de Guy de Maupassant. CoupdeFoudrea comme figure l'Amour subit et immédiatpourquelqu'unoAinsi, l'amour, Ia pluie et Ia nuit sont des éléments qui ouvrent le texte et les images produites à des hasards et à des traversements non programmés. Dans cette rencontre entre le processus plastique et l'écriture, cette recherche a, dans Ia brieveté, dans Ia possibilité d'être incitée et aussi dans les marques qui restent et qui se diluent, son apprentissage. Apprentissage sans lequel, autant pour celui qui recherche que pour celui qui lit Ia recherche, un art ne se produitpas. / Trata da ação de colher chuva. A chuva apresenta-se como matéria plástica de pesquisa e é o que se expressa neste trabalho que entrelaça Artes Visuais e Educação. De modo que a impressão e diluição da água e de suportes constituem o movimento que mostra e percorre, num processo de experimentações que é um aprendizado. Para isso, esta pesquisa produz fotografias e se aproxima das noções da gravura. Experimenta maneiras de pesquisar, com a arte e a literatura, sendo que tais maneiras acontecem através da escrita e da poética visual. Com Roland Barthes, encontra na noção de Punctum o disparador para a produção de um texto de desejo. Junto a esta noção, o trabalho aproxima a expressão francesa Coupde Foudreencontrada em contos de Guy de Maupassant. CoupdeFoudretraduz-se literalmente por golpede relâmpagoe tem como figura o Amor àprimeiravista. Assim, o amor, a chuva e a noite são elementos que abrem o texto e as imagens produzidas para acasos e atravessamentos não programados. Neste encontro entre o processo plástico e a escrita, tal pesquisa tem na brevidade, na possibilidade de ser pungido e também nas marcas que permanecem e que se diluem, seu aprendizado. Aprendizado sem o qual, tanto para quem pesquisa ecomo também para quem lê a pesquisa, uma arte não acontece.

Il s'agit de l'action de cueillir de Ia pluie. La pluie se présente comme matiere plastique de recherche et c'est ce qu'on exprime dans ce travail qui entrelace les Arts Visuels et l'Éducation. De maniere à que l'impression et dilution de l'eau et de supports constituent le mouvement qui montre et parcourt, dans un processus d'expérimentations qui est un apprentissage. Pour ça, cette recherche produit des photographies et s'approche des notions de Ia gravure. Elle essaie des façons de rechercher avec l'art et Ia littérature puisque ces façons ont lieu à travers Ia poétique visuelle et l'écriture. Avec Roland Barthes, elle trouve dans Ia notion de Punctum le dédencheur pour Ia production d'un texte de désir, en s'approchant de l'expression française CoupdeFoudretrouvée dans les contes de Guy de Maupassant. CoupdeFoudrea comme figure l'Amour subit et immédiatpourquelqu'unoAinsi, l'amour, Ia pluie et Ia nuit sont des éléments qui ouvrent le texte et les images produites à des hasards et à des traversements non programmés. Dans cette rencontre entre le processus plastique et l'écriture, cette recherche a, dans Ia brieveté, dans Ia possibilité d'être incitée et aussi dans les marques qui restent et qui se diluent, son apprentissage. Apprentissage sans lequel, autant pour celui qui recherche que pour celui qui lit Ia recherche, un art ne se produitpas. / Trata da ação de colher chuva. A chuva apresenta-se como matéria plástica de pesquisa e é o que se expressa neste trabalho que entrelaça Artes Visuais e Educação. De modo que a impressão e diluição da água e de suportes constituem o movimento que mostra e percorre, num processo de experimentações que é um aprendizado. Para isso, esta pesquisa produz fotografias e se aproxima das noções da gravura. Experimenta maneiras de pesquisar, com a arte e a literatura, sendo que tais maneiras acontecem através da escrita e da poética visual. Com Roland Barthes, encontra na noção de Punctum o disparador para a produção de um texto de desejo. Junto a esta noção, o trabalho aproxima a expressão francesa Coupde Foudreencontrada em contos de Guy de Maupassant. CoupdeFoudretraduz-se literalmente por golpede relâmpagoe tem como figura o Amor àprimeiravista. Assim, o amor, a chuva e a noite são elementos que abrem o texto e as imagens produzidas para acasos e atravessamentos não programados. Neste encontro entre o processo plástico e a escrita, tal pesquisa tem na brevidade, na possibilidade de ser pungido e também nas marcas que permanecem e que se diluem, seu aprendizado. Aprendizado sem o qual, tanto para quem pesquisa ecomo também para quem lê a pesquisa, uma arte não acontece.

Il s'agit de l'action de cueillir de Ia pluie. La pluie se présente comme matiere plastique de recherche et c'est ce qu'on exprime dans ce travail qui entrelace les Arts Visuels et l'Éducation. De maniere à que l'impression et dilution de l'eau et de supports constituent le mouvement qui montre et parcourt, dans un processus d'expérimentations qui est un apprentissage. Pour ça, cette recherche produit des photographies et s'approche des notions de Ia gravure. Elle essaie des façons de rechercher avec l'art et Ia littérature puisque ces façons ont lieu à travers Ia poétique visuelle et l'écriture. Avec Roland Barthes, elle trouve dans Ia notion de Punctum le dédencheur pour Ia production d'un texte de désir, en s'approchant de l'expression française CoupdeFoudretrouvée dans les contes de Guy de Maupassant. CoupdeFoudrea comme figure l'Amour subit et immédiatpourquelqu'unoAinsi, l'amour, Ia pluie et Ia nuit sont des éléments qui ouvrent le texte et les images produites à des hasards et à des traversements non programmés. Dans cette rencontre entre le processus plastique et l'écriture, cette recherche a, dans Ia brieveté, dans Ia possibilité d'être incitée et aussi dans les marques qui restent et qui se diluent, son apprentissage. Apprentissage sans lequel, autant pour celui qui recherche que pour celui qui lit Ia recherche, un art ne se produitpas. / Trata da ação de colher chuva. A chuva apresenta-se como matéria plástica de pesquisa e é o que se expressa neste trabalho que entrelaça Artes Visuais e Educação. De modo que a impressão e diluição da água e de suportes constituem o movimento que mostra e percorre, num processo de experimentações que é um aprendizado. Para isso, esta pesquisa produz fotografias e se aproxima das noções da gravura. Experimenta maneiras de pesquisar, com a arte e a literatura, sendo que tais maneiras acontecem através da escrita e da poética visual. Com Roland Barthes, encontra na noção de Punctum o disparador para a produção de um texto de desejo. Junto a esta noção, o trabalho aproxima a expressão francesa Coupde Foudreencontrada em contos de Guy de Maupassant. CoupdeFoudretraduz-se literalmente por golpede relâmpagoe tem como figura o Amor àprimeiravista. Assim, o amor, a chuva e a noite são elementos que abrem o texto e as imagens produzidas para acasos e atravessamentos não programados. Neste encontro entre o processo plástico e a escrita, tal pesquisa tem na brevidade, na possibilidade de ser pungido e também nas marcas que permanecem e que se diluem, seu aprendizado. Aprendizado sem o qual, tanto para quem pesquisa ecomo também para quem lê a pesquisa, uma arte não acontece.

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Les procédures méthodologiques inclus la définition des années établi (années-standart) comme d'échantillons du régime habituel et des précipitations exceptionnelles, et l'utilisation d'estimations mensuelles et quotidiennes des précipitations de Mission de Mesure de Pluies Tropical (Tropical Rainfall Measuring Mission - TRMM) à et l'étude de la pluviométrie, basée sur une analyse qualitative et quantitative des données les précipitations annuelles, saisonnières, mensuelles et journalières, avec l'identification des systèmes météorologiques actifs et responsables pour la formation de la pluie. La distribution spatiale des précipitations reflète l'influence des compartiments topographiques à l'entrée et le déplacement ou même comme un obstacle à l'avancement des systèmes atmosphériques qu’il sont producteurs de pluie dans la région. La variabilité de précipitations entre les différentes années établi conduit à comprendre que l'état de sèche, normale et humide ne fait pas référence à la hauteur annuelle des précipitations, mais, surtout, la distribution des précipitations au cours des mois et la délimitation de la saison des pluies et sec. En outre, il a été mis en exergue les différentes activités et la participation des masses d'air dans la genèse des pluies sur l ‘Etat de Goiás et le District fédéral, où normalement on voit une représentation équilibrée entre les principaux systèmes atmosphériques opérant dans la région, alors que le régime sec a augmenté les performances du mTa et le régime des pluies reflète la haute performance de mEc. / Com o advento de novos sensores e produtos do Sensoriamento Remoto, surge a possibilidade de aplicação de imagens satelitárias como alternativa para uma coerente representação do complexo climático, partindo do pontual para uma análise do contínuo espacial. Sendo assim, a presente tese de doutorado teve como objetivo geral prover um estudo das chuvas no estado de Goiás e no Distrito Federal, valendo-se de estimativas de precipitação realizadas por satélite e considerando a circulação atmosférica. Os procedimentos metodológicos compreenderam a definição de anos-padrão como recortes amostrais do regime habitual e excepcional das chuvas e o uso de estimativas mensais e diárias de precipitação do Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) para o estudo das chuvas, amparada numa análise quali-quantitativa dos valores anuais, sazonais, mensais e diários de precipitação, com a identificação dos sistemas atmosféricos atuantes e responsáveis pela formação de chuvas. A distribuição espacial da precipitação refletiu a influência dos compartimentos topográficos na entrada e no deslocamento ou mesmo como barreira ao avanço dos sistemas atmosféricos produtores de chuva na região. A variabilidade da precipitação entre os diferentes anos-padrão leva a entender que a condição de seco, habitual e chuvoso não se refere essencialmente à altura pluviométrica anual, mas, sobretudo, à distribuição das chuvas no decorrer dos meses e à delimitação do período chuvoso e seco. Também foi posta em evidência as diferenças de atuação e participação das massas de ar na gênese das chuvas do estado de Goiás e do Distrito Federal, em que no regime habitual percebe-se uma atuação equilibrada entre os principais sistemas atmosféricos atuantes na região, ao passo que o regime seco apresenta aumento da atuação da massa tropical atlântica (mTa) e o regime chuvoso reflete elevação da atuação da massa equatorial continental (mEc).

L'utilisation d'algorithmes de vision permettrait d'élargir le domaine d'application des systèmes d'aide à la conduite à d'autres situations telles que : les scènes urbaines ou les conditions météorologiques dégradées. À cette fin, trois nouvelles applications sont étudiées dans cette thèse pour la pluie et les feux tricolores. La pluie est la condition météorologique dégradée la plus fréquente. Nous comparons les modèles physiques et photométriques existants pour la pluie et les gouttes de pluie. Lors d'une conduite en temps de pluie de jour, les gouttes sur le pare-brise diminuent considérablement la visibilité du conducteur. Lorsqu'elles sont vue par une camera embarquée standard celles-ci apparaissent défocalisées. Ainsi, nous proposons de détecter ces gouttes hors-focus en utilisant soit une approche par manque de gradients soit par l'évaluation locale du flou. Lors d'une conduite de nuit sous la pluie, ce sont les phares qui paradoxalement diminuent la visibilité car leur lumière est réfléchie par les gouttes vers le conducteur. Nous appuyant sur la conception d'un simulateur physique, nous proposons un éclairage adaptatif qui illuminerait la scène sans éclairer les gouttes qui tombent. Les résultats de notre simulateur et le premier prototype construit montre que l'idée avancée pourrait efficacement améliorer la visibilité générale d'une scène. D'autre part, nous étudions la détection et le suivi de gouttes de pluie à grande vitesse. Les feux tricolores ont un rôle crucial dans la compréhension des scènes urbaines. Bien qu'il existe déjà des systèmes de détection de feux tricolores, les algorithmes actuels ne fonctionnent que dans des conditions simples. Ainsi, nous avons développé un algorithme de détection de feux tricolores qui utilise une détection en niveau de gris des spots lumineux et une classification par reconnaissance de modèle. L'approche ainsi conçue est assez flexible pour détecter différents types de feux tricolores même avec une camera à faible dynamique. Notre proposition a été évaluée sur des séquences acquises en France, Chine et Suisse. / Vision algorithms can be used to expand the working range of the assistance systems so as to deal with urban scenes or degraded weathers. To this end, three novel applications are investigated in this thesis for both rain and traffic lights. Rain is the most frequent degraded weather condition. We review the various physics and photometry models for rain and raindrops, and highlight some of the misuses. When driving in daytime the raindrops on the windscreen lower the driver visibility. For standard on-board camera these drops appear as unfocused. Hence, we investigate the detection of unfocused raindrops using blur maps or lack of gradients with photometry. For nightime driving in rain, the headlights paradoxically reduce the visibility due to light reflected off of raindrops back toward the driver. Relying on a physic-based simulator, we propose to build an illumination device that would illuminate the scene without shining the falling particles. The performance of the simulator and a proof-of-concept prototype sustain that our idea can efficiently improve the overall scene visibility. Fast reactive drops detection and tracking is also investigated.To deal with urban scenes, traffic lights play a key role. Though traffic light recognition was attempted in the past, the existing algorithms can't handle complex scenarios. Hence, we have developed a traffic light recognition algorithm that uses a grayscale spot light detection and a template matching classification. Our approach is modular and capable of detecting various kind of traffic lights even when using a low-dynamic camera. We have evaluated our algorithm on sequences from France, China and Switzerland.

L’objectif de ce travail de thèse est de démontrer qu’il est possible d’utiliser des mesures en continu de turbidité pour suivre la pollution particulaire dans les réseaux d’assainissement et d’évaluer l’apport de ces mesures pour la gestion des réseaux en temps réel ou en temps différé. Dans une première partie, la mise en oeuvre de la mesure en continu de turbidité est décrite. Les éléments principaux contribuant à l’incertitude sont identifiés et des méthodes de calcul des incertitudes adaptées sont proposées. Les questions de fiabilité et de représentativité de la mesure de turbidité sont traitées et aboutissent à des solutions d’installation des sondes in situ et à des protocoles de suivi et de maintenance. Enfin, les perturbations affectant le signal sont quantifiées et des méthodes de filtrage sont comparées. La deuxième partie est consacrée à l’analyse du comportement de la turbidité à partir des données acquises sur deux sites du réseau unitaire parisien en 2006. 80 événements pluvieux sont décrits par leurs concentrations moyennes et maximales et par leurs courbes de distribution masse/volume. Ces critères ont été intégrés dans des typologies qui ont ensuite été mises en relation avec des paramètres de débit et de durée de temps sec ayant précédé l’événement. Cette analyse permet de caractériser la variabilité de façon détaillée. La variabilité de la décantabilité des particules a été également étudiée à partir de données provenant de bassins de décantation. Enfin, deux applications sont proposées. La première est une évaluation en temps différé de flux de polluants. Deux modes d’exploitation de prélèvements d’échantillons réalisés sur un nombre fixé d’événements pluvieux sont comparés. L’un n’utilise que les résultats d’analyses des échantillons au laboratoire pour établir une concentration moyenne. L’autre utilise les prélèvements pour établir des relations entre turbidité et paramètres polluants, ensuite appliquées à des mesures en continu de turbidité. Une seconde série d’applications porte sur l’utilisation de la turbidité pour la gestion en temps réel des flux. Deux configurations-types génériques ont été étudiées. Pour chacune, une stratégie utilisant seulement le débit est comparée à une stratégie utilisant turbidité et débit. Les simulations sont effectuées pour de larges gammes de paramétrage des configurations et avec des données réelles de débit et de turbidité en entrée du système. Pour les applications d’évaluation de flux comme de gestion en temps réel, le gain apporté par la turbidité est chiffré et s’avère significatif / The purpose of this thesis is to prove the usefulness of continuous turbidity measurements for the monitoring of particulate pollution in combined sewer systems, and assess the contribution of these measurements to real-time and lagged control of sewer systems. In the first part, the implementation of continuous turbidity measurements is described. The main uncertainties components are identified and appropriate calculation methods for the uncertainties are proposed. The issues of reliability and representativeness of turbidity measurements are treated and lead to solutions for the in situ installation of turbidimeters and the definition of proper monitoring and maintenance protocols. Finally, the noise which disturbs turbidity measurements is quantified, and filtering methods are compared. The second part is devoted to the analysis of turbidity behaviour, drawing from data monitored on two sites in the combined sewer of Paris in 2006. Eighty rain events are described by their mean and maximum concentrations and by their mass/volume distribution curves. These criteria are used to define typologies, which are then linked to flow parameters and to the antecedent dry weather period of the event. This analysis leads to a detailed description of variability. The variability of the settling characteristics of the particles was also studied using data coming from sedimentation tank. Finally two applications are developed. The first is an assessment of lagged pollutant loads. Two methods for exploiting samples taken during a fixed number of rain events are compared. The first method only uses the results of sample analysis to establish an average concentration. The second method uses samples to calibrate relationships between turbidity and pollutant parameters, which are then applied to continuous turbidity measurements. Another group of applications deals with the use of turbidity for real time control of pollutants flows. Two kinds of configuration were studied. For each one, a strategy only using flow data is compared with a strategy using turbidity and flow data. Simulations are performed for a wide range of configuration parameters with real flow and turbidity data at the entrance of the system. For the application of assessment of pollutants flow as well as for real time control applications, the improvement brought by turbidity was assessed and proved to be significant

Ce travail de thèse a dans un premier temps permis de mettre en évidence les différentes pratiques de traitement de toiture existantes en France. Après avoir sélectionné la pratique de traitement majoritaire (à savoir le traitement biocide), le protocole d'analyse de la molécule la plus répandue dans les différents produits : le benzalkonium (ou alkyldiméthylbenzylammonium) a été développé. Ce protocole a ensuite été appliqué pour évaluer les niveaux de concentration en biocide dans l'eau de ruissellement de toiture après un traitement. Une double approche a été mise en œuvre : "Suivi sur une durée d'un an des flux de benzalkonium dans les eaux de ruissellement de 12 bancs d'essais exposés en conditions naturelles", évaluation en condition de pluie simulée au laboratoire de différents paramètres (nature du matériau de couverture, dosage du produit et intensité de la pluie) sur les processus d'émission du benzalkonium. Enfin, l'ensemble des données acquises ont permis d'évaluer l'incidence sur la contamination des eaux de ruissellement de toiture après un traitement biocide, à une échelle locale et à l'échelle d'un petit bassin versant résidentiel. Le suivi de la contamination des eaux de ruissellement par bancs d'essais a permis de mettre en évidence une très forte contamination en benzalkonium dans les premiers millimètres de pluie (5 à 27 mg/L), très supérieures aux EC50 disponibles pour les organismes aquatiques (5,9 µg/L) et dépendante de la nature du matériau de toiture utilisé, les tuiles en terre cuite ayant émis moins de biocide que les tuiles en béton. La contamination diminue avec la succession des pluies, mais reste significative plusieurs mois après le traitement. Par ailleurs, l'étude au laboratoire a montré que l'état de surface des tuiles influence beaucoup le lessivage. Ainsi, les tuiles très imperméables en surface ont émis une quantité de benzalkonium proportionnelle à la masse épandue lors du traitement, alors que les tuiles sans traitement de surface ne sont pas sensibles au dosage du produit. A l'échelle locale, des précautions doivent être prise lors d'un traitement de toiture vis-à-vis de la collecte / utilisation des eaux de ruissellement. En effet, les très fortes concentrations en benzalkonium dans les premières pluies suivant le traitement peuvent avoir des impacts sur les végétaux arrosés, sur l'équilibre microbien de la cuve de récupération, voir des effets irritants sur l'homme. Une déconnexion minimale de 3 à 5 mois de la cuve permettrait de limiter les risques. Enfin, sur la base des résultats des bancs d'essais et d'un travail d'enquête sur l'étendue des pratiques de traitement, les concentrations et flux de benzalkonium susceptibles d'être émis dans les eaux pluviales d'un bassin versant résidentiel ont été modélisés. Les résultats mettent en évidence une contamination significative des eaux pluviales, liée essentiellement à la phase particulaire. La masse annuelle de benzalkonium exportée dans les eaux pluviales pourrait être de l'ordre de 0,85 kg / ha imperméabilisé / an / Firstly, this thesis listed the different roof treatment practices in France. Once the major treatment practice selected (biocidal treament), the analytical protocol of the most widely used molecule (benzalkonium or alkyldimethylbenzylammonium) was developed. This protocol has been followed to evaluate the biocide concentration levels in roof runoff after a treatment. A double approach was considered : - Follow up of the benzalkonium flux for one year in runoff using 12 bench tests exposed to natural conditions. - Evaluation of the influence of different parameters (material, product dosage and rain intensity) on benzalkonium emmission processes with simulated rains. Finally, all the data acquired allowed the evaluation of the incidence of biocidal treatments on roof runoff contamination at different scales ( local and residential watershed). The results of the bench tests showed a very high benzalkonium contamination during the millimetres of rain (5 to 27 mg/L), higher than the different EC50s of aquatic organisms ( 5.9 ùg/L). Furthermore, the results showed an influence of the tile material on the release of benzalkonium : clay tiles were less washed off than concrete tiles. The contamination decreased with successive rains, but remained significantly high several months after treatment. Moreover, laboratory studies showed a proportional release of benzalkonium from waterproofed tiles with respect to the biocidal mass spread. On the contrary, tiles without any surface treatment were not sensitive to the product's dosage. On a local scale, precautions have to be taken during treatment with respect to the harvest / reuse of the runoff. Indeed, high benzalkonium concentrations during the first rains may have a potential impact on watered plants, microbial equilibrium in the collection tank and irritating effects on human. A deconnection of the tank for at least three to five months will reduce the risks. Finally, based upon the bench tests results and a survey on roof treatment practices, the benzalkonium concentrations and fluxes were injected in a mathematical model on a watershed scale. The results showed a significant contamination linked to the particles. The annual mass of benzalkonium transferred to the rainwaters could reach 0.85kg / waterproofed ha / year