L'importance de i'état initial des bassins versants, et surtout de l'état hydrique du sol, dans la formation des débits est reconnue depuis longtemps. La connaissance précise de cet état hydrique et de sa prise en compte dans la modélisation Pluie-Débit reste cependant un des problèmes actuels de l'hydrologie. Aux mesures in situ, trop ponctuelles et difficilement généralisables. viennent s'ajouter de nouvelles techniques de télédétection pouvant fournir une information "tout temps" et spatialisée de l'état de surface des bassins versants. L'objectif de cette thèse est de mettre au point un modèle hydrologique conceptuel Pluie-Débit, capable de prendre en compte l'état hydrique des sols. Deux outils de base ont été utilisés : - Le modèle conceptuel GR3J (puis GR4J) pour la simulation des débits. - Le modèle physique bi-couches inspiré du "Schéma de De ardorjf pour le suivi de l'humidité des deux couches de sol, superficielle et racinaire. De nombreux schémas de couplage ont été testés en s'appuyant sur les données du BVRE de l'Orgeval, où existent des séries de données de pluie, de débit et d'humidité du sol. Le modèle retenu, "GRHUM", a une fonction de production dérivée du schéma de Deardorff et a conservé la fonction de transfert de GR4J. C'est un modèle à six paramètres, simulant les débits journaliers et l'humidité de deux couches de sol. Le modèle a été validé sur le BVRE de Naizin et sur 35 autres bassins versants situés en Bretagne. Les résultats obtenus montrent les bonnes aptitudes du modèle à simuler ¡es débits et l'humidité de la couche de sol racmaire. La prise en compte de l'occupation réelle du sol. à partir de cartes de cultures et accessible par télédétection, améliore la simulation des humidités de surface. Le fonctionnement de ce modèle peut être réalisé en deux modes : "simulation " lorsque les données d'humidité du sol ne sont pas disponibles et "assimilation" lorsque ces données sont présentes. Le modèle "GRHUM" ouvre des perspectives nouvelles pour l'utilisation de l'état hydrique du sol détermine à partir de données satellitaires (radar. IRT") dans la prévision des débits.

Estimation de la fiabilité de prévision quantitative de pluie par radar, connaissant les caractéristiques des zones de précipitation et les paramètres relatifs à la stabilité de l'atmosphère. Importance du choix d'un critère de qualité. Méthodologie de vérification de la pertinence d'un critère relatif a l'utilisation ultérieure des prévisions. Application au cas de gestion automatisée du réseau d'assainissement en Seine-Saint-Denis. Définition d'un critère d'évaluation. Génération par segmentation et analyse discriminante linéaire de règles de décision utilisables en temps réel reliant caractéristiques de situation météorologique et qualité de prévisions.

La première partie de ce mémoire de thèse montre l'intérêt de l'utilisation de nouveaux outils en hydrologie urbaine, à partir d'un historique de l'évolution des liens entre la ville et l'eau. Elle est suivie par une présentation synthétique des modèles hydrauliques simplifiés de simulation de crues. Les équations, leur contenu physique, les conditions limites, les méthodes de résolution et les méthodes de calage des paramètres sont analysées de manière détaillée. Le mémoire présente ensuite une série de résultats de simulations sur des cas hypothétiques choisis pour couvrir la plupart des conditions de l'assainissement. Les différentes méthodes de calage des paramètres sont testées ainsi que le fonctionnement numérique des modèles. Le mémoire met en évidence des domaines de validité (numériques et hydrauliques) en fonction de nombres adimensionnels et en référence aux résultats d'un modèle intégrant les équations complètes de Saint-Venant. La possibilité de modéliser les influences aval est testée avec un modèle de crue diffusante auquel est intégré un calcul de ligne d'eau. Une étude des conditions d'utilisation des modèles sur le terrain termine le mémoire qui peut être destiné à tous les services techniques des collectivités locales.

Jusqu'à nos jours en France, la description des précipitations en hydrologie urbaine repose essentiellement sur l'analyse de mesures ponctuelles. Elle se limite de surcroît à des statistiques d'intensités moyennes maximales (courbes IDF) obtenues selon des méthodes diverses. La pérennisation de réseaux denses de pluviographes conçus pour l'hydrologie urbaine autorise aujourd'hui des travaux de recherche sur les propriétés et la modélisation des précipitations. Cette thèse s'appuie sur 250 années-stations de mesures, acquises par le service d'assainissement de la Seine-Saint-Denis depuis 1976. Elle fait le point des méthodes de construction de courbes IDF, insiste sur les techniques d'analyse régionales et fournit des estimations d'intensités pour des périodes de retour de quelques semaines à quelques dizaines d'années. Des lois de distribution telles que le mélange de deux lois exponentielles ou la loi de Pareto procurent de bons résultats d'ajustement pour l'ensemble du domaine des fréquences. La distribution des intensités moyennes maximales de périodes de retour supérieures à 1,5 an, quelles que soient leur durée et leur surface d'observation (10-60 minutes ; 0 -10000 hectares) est représentée par une loi exponentielle simple et adimensionnelle. On étudie les fluctuations saisonnières et nycthémérales du risque pluvial. La notion de coefficient d'abattement épicentrique est ramenée à un simple indicateur global d'hétérogénéité spatiale. Enfin, les effets de la diversité temporelle et spatiale de la pluie sur le ruissellement sont décrits à l'aide d'un exemple concret, un bassin versant urbanisé de 1400 hectares, et d'un modèle mathématique de simulation pluie-débit.

L'analyse des donnees climatiques montre qu'en Iran pays semi aride, des constrastes importants existent entre régions abondament arrosées et régions désertiques. La répartition temporelle des précipitations est très irreguliére. Compte tenu des conditions géologiques et hydrogéologiques observées sur les deux versants de la chaine du Zagros, les bilans des ressources en eau superficielles et souterraines amènent a définir les ouvrages nécessaires à leur régularisation et à préconiser des aménagements de transfert des eaux. Une critique de l'un des aménagements deja réalisès fait apparaitre les améliorations à apporter dans l'avenir. Les conséquences des crues et des aménagements sur l'environnement sont analysées de façon statistique et dynamique. Un programme d'équipement hydro-electrique est proposé. Le bilan énergétique et financier des réalisations préconiéees est proposé et replace dans le cadre de la politique de l'eau en Iran et de l'économie générale du pays.

Celte étude entre dans le cadre de l'approche globale de la relation pluie- débit décomposant les mécanismes de transformation de la pluie en débit en Fonction de Transfert et Fonction de Production. On s'interroge sur l'aptitude des fonctions de transfert de type Hydrogramme Unitaire à bien reproduire les débits. En un premier temps, on cherche pour cela à identifier, sur un bassin méditerranéen du Sud de la France et sur un bassin sahélien, quels sont les facteurs provoquant la variabilité de la Fonction de Transfert. En utilisant une approche corrélative ainsi que la méthode DPFT, on montre que la Fonction de Transfert, surtout dans sa phase décroissante, est sensible aux conditions antérieures et à la pluviométrie de l'épisode; le temps de montée au pic étant un élément relativement stable. En un deuxième temps, on cherche à identifier une Fonction de Transfert débarrassée de la phase décroissante non invariante et on propose un modèle où la Fonction de Production, de type réservoir, explique la phase de récession des hydrogrammes. Grâce à des techniques d'optimisation adaptées et à l'emploi de tests de sensibilité, divers jeux de paramètres sont proposés et utilisés sur différents bassins versants. Les meilleures reconstitutions sont obtenues avec un réservoir à vidange non linéaire dont les caractéristiques sont liées au débit initial et à la pluie, le transfert se réduisant à un simple décalage. Ce modèle conceptuel simple et faiblement paramétré fournit des résultats intéressants et offre la possibilité de développements futurs.

Les toitures végétalisées (TTV) existent en deux types : extensive (EGR) et intensive (IGR). Ils diffèrent principalement par le type de végétation et la profondeur du substrat. Ces travaux de recherche visent à atteindre les objectifs suivants : 1. Déterminer et comparer les impacts environnementaux d’un toit de gravier ballasté traditionnel (TGBR), d’une toiture réfléchissante (WRR), EGR, et IGR ; 2. Quantifier la performance énergétique d’un TGBR et d’une EGR ; 3. Évaluer le potentiel de gestion d’eau et la dynamique de ruissellement d’un TGBR et d’une EGR. Le 1er objectif a été atteint suite à une Analyse comparative de Cycle de Vie (ACV) d’une EGR réelle de 834 m2 et de trois toits fictifs : TGBR, WRR, et IGR. Les résultats indiquent qu’une EGR présente les impacts environnementaux les plus bas pour les 15 catégories d'impacts considérées. Les aspects thermiques et hydriques des TTV ont été testés suite à l’installation d'une maquette TGBR et de deux maquettes EGR sur le toit du département de génie chimique à l'Université de Balamand, Liban. EGR8 et EGR16 sont des maquettes EGR qui diffèrent par la pente ainsi que la profondeur et la composition du substrat. Les profils de température indiquent la réduction des fluctuations de température, l'effet de stockage de chaleur, et l'effet de refroidissement passif. L'étude économique montre que EGR pourrait économiser jusqu'à 45USD/200m2/mois par rapport à TGBR. D’autre part, les profils de la teneur en eau ont démontré que la composition du sol d’EGR8 est plus efficace que celle d’EGR16. En revanche, EGR agit comme un système filtrant surtout pour le cadmium, le fer, le calcium et l'ammonium. / Vegetative roofs (VRs) can be classified into two types : Extensive (EGR) and Intensive (IGR). The main differences between the two are the type of vegetation, the depth of the substrate. This research aims to achieve the following objectives : 1. Determine and compare the potential environmental impacts of traditional gravel ballasted roofs (TGBRs), white reflective roofs (WRRs), EGRs, and IGRs ; 2. Evaluate and compare the energy performance and the heating/cooling demand of TGBRs and EGRs ; 3. Determine and compare the water management potential and the runoff dynamics of TGBRs and EGRs. The first objective was covered by performing a comparative Life Cycle Assessment (LCA) on a real EGR of 834m2 and on three fictitious roofs of the sane area : of TGBRs, WRRs, and IGRs. Results indicated that the EGR had the least potential environmental impacts for the 15 impact categories considered. The second and third objectives were achieved by first installing one TGBR mockup and two EGR mockups on the rooftop of the Chemical Engineering Department at the University of Balamand, Lebanon. EGR8 and EGR16 are EGR mockups differed in the roof slope, the depth and the composition of their substrate. Temperature profiles at different substrate depths clearly indicated the reduction of the temperature fluctuations under the substrate layer, the heat storage effect, and the passive cooling effect. The economic study showed that EGR could save up to 45USD/200m2/month compared to TGBR. The water management performance of EGRs illustrated that the soil composition of EGR8 was more efficient than that of EGR16. In contrast, EGR acted as a sink especially for cadmium, iron, calcium, and ammonium.

La prise de conscience grandissante de la contamination des cours d'eau a entraîné l'établissement de réglementations de plus en plus strictes concernant les rejets urbains et la fixation d'objectifs de qualité à atteindre pour les milieux aquatiques. Cependant, l'échantillonnage ponctuel reste une limite importante dans l'estimation des flux de contaminants, et le besoin de suivis en continu est présent dans le milieu naturel et dans les réseaux d'assainissement urbains. Cette étude porte sur la quantification de la part des rejets urbains de l'agglomération grenobloise dans les flux totaux de matières en suspension (MES), nutriments (azote, phosphore), carbone organique et éléments traces métalliques (ETM) du milieu récepteur Isère (une rivière alpine). Ce travail s'est appuyé sur un réseau de mesures en continu de débits (Q) et de MES (par turbidimétrie) à l'amont et à l'aval de l'agglomération et sur une sonde spectrométrique à l'amont, associé à des campagnes de prélèvements réguliers et renforcés pendant les épisodes de crues. Des campagnes de mesures détaillées sur les principaux sous bassins du réseau d'assainissement ont été réalisées durant la période d'étude dans le cadre du schéma directeur d'assainissement de l'agglomération grenobloise. Le croisement de ces deux approches a permis de confronter les variations spatio-temporelles des MES, nutriments, carbone organique et ETM du réseau et du milieu récepteur en 2011 et 2012. Les flux sur ces deux années ont été établis afin de déterminer la contribution des rejets urbains dans les flux du milieu récepteur. La contamination en mercure a fait l'objet d'un suivi particulier du fait de la présence d'une source significative de mercure dans la région. Enfin, une réflexion sur l'amélioration des calculs de flux par l'utilisation de relations entre les ETM/carbone organique particulaire (COP) et un paramètre mesurable en continu (MES, Q) a été menée en parallèle de l'exploitation de ces résultats. Mots-clés : Matières en suspension ; Dynamique des flux ; Nutriments ; Eléments traces métalliques ; Mercure ; Rejets urbains (par temps de pluie et temps sec), sondes de turbidité et spectrométrique. / The growing awareness of the contamination of rivers has led to the establishment of more rigorous regulations related to urban waste, and to the setting of water quality objectives to be achieved for aquatic environment. However, grab sampling remains an important limitation for the estimation of contaminant flux, and the need for constant monitoring is present in both natural environment and urban sanitation. This study focuses on the quantification of the proportion of urban waste in the Grenoble area to the total flux of 1) suspended solids (TSS), 2) nutrients (nitrogen and phosphorus), 3) organic carbon and 4) metals trace element (MTE) of the receiving environment; the Isère (an alpine river). This work was supported by a network of continuous discharge measurements (Q) and TSS (turbidimetry), both upstream and downstream of Grenoble associated with regular sampling campaigns, with a higher measurement frequency during flood events. A spectrometric probe upstream was also placed upstream. Detailed measurement campaigns on major sub-basins of the sewerage network were performed during the study period as part of the sanitation master plan of Grenoble. The combination of these two approaches allowes to relate the spatio-temporal variations of TSS, nutrients, organic carbon and MTE in the urban water network of Grenoble and in the receiving environment (the Isère) for the years 2011 and 2012. Flows of the traced parameters have been established to determine the contribution of urban waste flows in the receiving environment, over these two years. Finally, a study on how to improve the flow calculations by the use of relations between MTE / particulate organic carbon (POC ) and a continuous measurable parameter (MES, Q ) was conducted in parallel with these results. Key words: suspended solids, Nutrients, metals trace element; Mercury; urban waste; turbidimetry and spectrometric probe

Pour diversifier leur matériel génétique, s’adapter aux perturbations environnementales et coloniser de nouvelles niches, les bactéries utilisent plusieurs processus évolutifs dont l’acquisition de matériel génétique par transfert horizontal de gènes comme la conjugaison, la transduction et la transformation. À ces trois mécanismes naturels s’ajoute l’électrotransformation due aux phénomènes électriques liés à la décharge de foudre. La présence dans les nuages de bactéries aérosolisées capables de former des noyaux de glace à l’origine des précipitations et impliquées dans le déclenchement de la foudre, telles que la bactérie phytopathogène à répartition mondiale Pseudomonas syringae, nous a conduit à proposer que l’électrotransformation naturelle dans les nuages pouvait affecter les bactéries, contribuant ainsi à augmenter leur potentiel adaptatif. Dans un premier temps, nous avons déterminé si la bactérie glaçogène P. syringae pouvait survivre à des électroporations simulant des décharges de foudre et acquérir du matériel génétique exogène dans les nuages. Comparée à deux autres bactéries, P. syringae se révèle être mieux adaptée pour la survie et l’électrotransformation génétique, ce qui suggère qu’elle serait capable de survivre et d’évoluer durant son transport dans les nuages. Nous avons ensuite évalué l’impact d’électroporations simulant les décharges de foudre sur la survie, le potentiel d’électrotransformation et la diversité de bactéries présentes dans des échantillons de pluie comme substitut des communautés bactériennes des nuages. Ces dernières étaient plus résistantes que les souches de laboratoire et certaines étaient capables d’acquérir de l’ADN exogène par électrotransformation. Les bactéries de la pluie isolées provenaient de différentes origines et présentaient différents modes de vie, représentatifs des sources probables d’émissions de bactéries terrestres. Cette étude montre que les bactéries aérosolisées de divers écosystèmes terrestres sont susceptibles de se disséminer dans de nouveaux habitats grâce aux nuages tout en étant capable d’acquérir de nouveaux gènes par éléctrotransformation, et d’augmenter ainsi potentiellement leur diversité génétique. La dernière partie de mon travail a évalué si l’électrotransformation appliquée aux bactéries indigènes du sol pouvait être employée pour dépolluer les sols contaminés par un pesticide largement utilisé autrefois, le lindane. L’optimisation des expériences met en évidence l’incorporation par les bactéries indigènes d’un plasmide contenant le gène codant les premières déchlorinations du lindane au travers d’une combinaison de transformation naturelle et d’électrotransformation. En conclusion, nous avons montré que l’électrotransformation naturelle liée aux décharges électriques, comme celles se produisant dans les nuages ou atteignant le sol, peut être impliquée dans le transfert horizontal de gènes chez les bactéries et, considérant l’importance de la foudre à travers le monde, pourrait jouer un rôle dans l’adaptation et l’évolution de ces organismes. / To diversify their genetic material, allowing adaptation to environmental disturbances and colonization of new ecological niches, bacteria use various evolutionary processes, including the acquisition of new genetic material by horizontal transfer mechanisms such as conjugation, transduction and transformation. Electrotransformation mediated by lightningrelated electrical phenomena may constitute an additional gene transfer mechanism occurring in nature. The presence in clouds of bacteria capable of forming ice nuclei that lead to precipitations and are involved in the triggering of lightning, such as the global phytopathogen Pseudomonas syringae, led us to postulate that natural electrotransformation in clouds may affect bacteria, by contributing to increase their adaptive potential. We first determined if the ice nucleator bacterium P. syringae could survive when in clouds and acquire exogenous genetic material through lightning shock-simulating in vitro electroporation. In comparison to two other bacteria, P. syringae appears to be best adapted for survival and for genetic electrotransformation under these conditions, which suggests that this bacterium would be able to survive and evolve whilst being transported in clouds. Secondly, we evaluated the impact of lightning shock-simulating in vitro electroporation on the survival, the electrotransformation potential and the diversity of bacteria collected from rain samples. These isolates better resisted lightning than the laboratory strains and some were able to electrotransform exogenous DNA. The rain bacteria we isolated were of different origins and were representative of life modes of the various sources of bacterial emissions on Earth. Our study suggests that bacteria aerosolized from diverse terrestrial ecosystems can spread to new habitats through clouds whilst also being able to acquire new genetic material via lightning-based electrotransformation, thereby potentially enhancing their genetic diversity. The final part of our work consisted of evaluating whether electrotransformation could be applied to the engineering of indigenous soil bacteria in order to develop a tool for the bioremediation of lindane, a once widely used pesticide. Optimized experiments revealed that both natural and electrotransformation contributed to the incorporation of a plasmid harboring a gene encoding the first lindane dechlorination steps by indigenous soil bacteria. In conclusion, we showed that natural electrotransformation mediated by electrical discharges such as those occurring in clouds or reaching soils can be involved in the horizontal gene transfer process among bacteria and, considering the importance of lightning worldwide, may play a role in the adaptation and evolution of these organisms.

Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished