L'étude des matières en suspension (MES) minérales est essentielle pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes en Manche : les MES influencent la pénétration de la lumière dans la colonne d'eau, paramètre clé pour la production biologique, et sont susceptibles de transporter des polluants et nutriments. Lors de ce travail, la dynamique des MES minérales de surface en Manche est étudiée à l'aide de deux méthodes complémentaires : l'observation par satellite et la modélisation numérique tridimensionnelle. Dans un premier temps, les images satellite MODIS et MERIS, traitées par l'algorithme semi-analytique développé par l'IFREMER et représentant les MES non-algales de surface, sont analysées afin d'élaborer trois modèles statistiques permettant d'estimer la MES de surface en fonction de variables basiques telles que le coefficient de marée, la hauteur significative des vagues et la concentration moyenne en chlorophylle-a. Dans un deuxième temps, le modèle hydrosédimentaire multiclasse tridimensionnel ROMS (Regional Ocean Modeling System) est implémenté en Manche. Il prend en considération le forçage par la marée aux frontières ouvertes, la contrainte exercée par le vent à la surface de la mer, l'interaction houle-courant en couche limite de fond et l'hétérogénéité spatiale réaliste du lit sédimentaire. Les résultats du modèle statistique le plus sophistiqué sont également utilisés pour forcer la concentration en MES aux frontières ouvertes du domaine de calcul. Des tests de sensibilité sur les conditions limites montrent l'importance de considérer de manière réaliste les sédiments entrant en Manche par les frontières ouvertes lors de la modélisation numérique. L'influence de la biologie sur les MES minérales est testée en utilisant une formulation de la vitesse de chute et de la contrainte critique d'érosion variant saisonnièrement. Grâce à ces deux outils associés, les influences respectives de la marée, de la houle et de la biologie sur les MES minérales sont mises en avant et localisées en Manche. Le modèle numérique prédit que les MES de surface sont composées principalement de silts (>70%). Les silts en suspension en surface proviennent majoritairement du lit sédimentaire près des côtes en Manche orientale et des frontières ouvertes du domaine de calcul à l'ouest de la presqu'île du Cotentin et au large en Manche centrale et orientale. Les variations des MES de surface sont ensuite étudiées aux échelles des cycles de marée semi-diurnes, vive-eau/morte-eau et autour d'un épisode de houles. Enfin, l'évolution de la concentration de sédiments dans la zone de forte turbidité autour de l'île de Wight peut être analysée suivant les conditions hydrodynamiques afin d'évaluer les rôles respectifs des processus locaux d'érosion/dépot et d'advection dans la génération de ces turbidités remarquables.

Chaque année, 65 millions de m3 de sédiments sont extraits par dragage des ports, des canaux, des rivières et des fleuves français. Ces matériaux sont souvent contaminés par des métaux lourds, pesticides et autres polluants organiques accumulés au cours du temps, et doivent être stockés à terre. La valorisation des sédiments contaminés selon divers scénarii est encadrée par des guides techniques et par la réglementation en vigueur. Ces guides proposent une méthodologie d'évaluation et des valeurs seuils protectrices pour la santé humaine et l'environnement, utilisant les teneurs totales en composé organique hydrophobe (COH). Ce travail évalue le comportement environnemental à long terme de sédiments contaminés et précise quels sont les paramètres et les mécanismes contrôlant la mobilité des polluants organiques, afin de passer d'une étude du danger à une évaluation du risque. Cinq sédiments marins, de canal et de bassin d'orage ont été suivis au laboratoire pendant 18 mois, et diverses méthodes de mesure des fractions solides, colloïdales et dissoutes ont été pratiquées. La matière organique des sédiments est hétérogène et possède une multitude de sites de sorption. La présence d'origine exogène de suie et de matières organiques condensées (Black Carbon) et d'hydrocarbures est responsable de la forte rétention des COH dans le sédiment (coefficients de partage Kd élevés et cinétiques de désorption très lentes). En phase solide, les PCB sont majoritairement adsorbés sur la phase matière organique condensée et la phase hydrocarbure, et près de 80% des HAP sont retenus sur la phase matière organique condensée. Les concentrations en contaminant dissous dans les eaux interstitielles ont été déterminées par échantillonnage passif (LDPE). Les résultats en phase liquide obtenus en lixiviation par lot et en percolation en colonne montrent, notamment pour les HAP, une vectorisation colloïdale importante (>80% et jusque > 99,9 % des HAP les plus lourds). Une méthode simple de mise en évidence de la fraction colloïdale des COH a été testée. Une modélisation à partir des coefficients de partage, même avec des estimations très fines, peut largement sous-évaluer le risque environnemental (facteur 1000) car la mobilité des COH au travers des colloïdes ou macromolécules dissoutes n'est pas prise en compte dans les modèles d'émission et de transport classiques. Dans l'étude d'un sédiment stocké à terre, l'émission de la matière organique dissoute devrait être mesurée par un essai de percolation au laboratoire, et la modélisation du transfert devrait être basée sur ce résultat.

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Dans la région traversée par le plus important cours d’eau permanent d’Algérie l’Oued Cheliff, les déchets ménagers sont fréquemment mis en décharges à ciel ouvert, constituant une véritable menace environnementale à cause de la contamination causée par les lixiviats. Deux décharges ont été prises pour étude de cas : la première située sur l’Oued Hillil, affluent secondaire de l’Oued Chéliff et la deuxième localisée sur l’Oued Cheliff.Des prélèvements saisonniers d’eau et de sédiments ont été effectués dans les cours d’eau. Au sein de la décharge les lixiviats et les sols ont aussi été prélevés. L’impact des décharges a été évalué par l’analyse des paramètres physico-chimiques dans les liquides et des métaux dans tous les compartiments (eaux, lixiviats, sols et sédiments). L’analyse des traceurs fluorescents dans tous les compartiments est utilisée pour le suivi de la pollution urbaine.Cette étude a mis en évidence l’effet saisonnier important de l’impact des décharges sur les cours d’eau. Au printemps, les lixiviats présentes de fortes teneurs en traceurs fluorescents, Cr, Co, Mn, Ni issus de dépôt importants de déchets verts. En automne, ils reflétaient plutôt une contamination par NO2-, SO42-, PO43-, Fe, Cu, Cr provenant de résidus de produits agricoles (engrais, traitements phytosanitaires). Les eaux des deux cours d’eau sont très chargées en Cl- et Sr en toute saison dû à la nature saline des sols de la région.Les concentrations des métaux dans les sols des décharges sont largement supérieures à celles des sédiments fluviaux et révèlent une contamination métallique élevée (Cd, As, Zn, Cr, Pb), reflétant l’impact de déchets urbains (piles, batteries, plastiques…) / In the region crossed by the largest permanent watercourse of Algeria Oued Cheliff, household waste is frequently put in open dumps, constituting a real environmental threat because of the contamination caused by the leachates. Two landfills were taken for the case study: the first located on Oued Hillil, a secondary tributary of Oued Chéliff and the second located on Oued Cheliff.Seasonal sampling of water and sediment has been conducted in streams. In the landfill, leachates and soils were also collected. The impact of landfills was assessed by analyzing physico-chemical parameters in liquids and metals in all compartments (water, leachate, soils and sediments). The analysis of fluorescent tracers in all compartments is used for monitoring urban pollution.This study has highlighted the important seasonal effect of the impact of landfills on rivers. In the spring, leachates present high levels of fluorescent tracers, Cr, Co, Mn, Ni from large deposits of green waste. In autumn, they reflected rather NO2-, SO42-, PO43-, Fe, Cu, Cr contamination from residues of agricultural products (fertilizer, phytosanitary treatments). The waters of both rivers are heavily loaded with Cl- and Sr in any season due to the saline nature of the soils of the region.The concentrations of metals in landfill soil are much higher than those of river sediments and reveal a high metallic contamination (Cd, As, Zn, Cr, Pb), reflecting the impact of urban waste (batteries, batteries, plastics ...)

Cette thèse a pour objectif de caractériser les processus dominants dans l'évolution morphologique d'une retenue de forme allongée. Ces retenues sont caractérisées par une dimension longitudinale prédominante par rapport à la dimension transversale. La thèse s'est appuyée sur le cas de la retenue de Génissiat, située au cœur d'une série d'aménagements hydro-électriques sur le Haut-Rhône et soumise à des opérations régulières de chasses hydrauliques. Une analyse hydro-morphologique basée sur l'interprétation des évolutions morphologiques et des conditions d'écoulement a été réalisée. A partir de cette analyse, un découpage de la retenue en tronçons a permis de mettre en évidence la dynamique spatiale des sédiments au sein de la retenue. Une analyse de la dynamique spatio-temporelle du transport des sédiments a permis de quantifier et de caractériser les flux de transportés et leurs incertitudes. La contribution des processus associés au transport des différentes classes granulométriques (sables et sédiments fins) a alors été évaluée. Enfin, deux modèles numériques unidimensionnels ont été développés afin de simuler les processus dominants pour le transport des sédiments fins et des sédiments grossiers. Les résultats de modélisation ont montré la capacité des modèles à reproduire les évolutions morphologiques et les flux transportés, avec des valeurs simulées comprises dans les plages d'incertitude de mesure. La partie amont de la retenue apparait ainsi nettement dominée par le transport de sable alors que la partie aval est dominée par le transport de fines. Finalement, les modèles ont été appliqués pour tester différents protocoles de gestion de la retenue dans le but d'établir des règles d'exploitation permettant de limiter le comblement de la retenue et les impacts environnementaux à l'échelle d'évènements de chasse et sur le long terme / This PhD thesis aimed to characterize the main processes responsible for the morphological evolution of an elongated reservoir, characterized by predominant longitudinal dimensions. It was based on the case study of the Genissiat reservoir, located in a series of hydropower plants on the French Upper Rhone River and regularly subjected to flushing operations. A fluvial geomorphological analysis based on morphological evolutions and hydraulic conditions was performed. A longitudinal delineation of the reservoir allowed to highlight the spatial dynamics of the reservoir. Sediment fluxes in the reservoir and their uncertainties were quantified and qualified and evidenced the contribution of transport processes associated to sand and fine sediments. Two one-dimensional numerical models were developed to simulate the main processes for fine sediment and coarse sediment transport, respectively. Numerical results showed that these models were able to reproduce morphological evolutions and sediment fluxes, with differences between simulated and measured values lower than the measurement uncertainties. It appeared that the upstream part of the reservoir is dominated by sand transport while the downstream part of the reservoir is dominant by silt and clay sediment transport. Finally, the models were used to simulate predictive scenarios and to evaluate the impact of the operating rules on sediment dynamics. Some enhancements to current operating rules were proposed to limit reservoir sedimentation and downstream ecological impacts related to flushing events and long-term management

Les bassins de retenue des eaux pluviales sont utilisés pour préserver la qualité des eaux réceptrices par sédimentation pendant le temps de pluie. Cependant, les efficacités du bassins n'étaient pas satisfaisants en raison de la mal compréhension du processus de sédimentation. Afin de mieux comprendre ces processus dans des ouvrages in situ, cette thèse porte à la fois sur des expérimentations in situ et sur les modélisations de l'hydrodynamique et du transport particulaire dans les bassins de retenue pilotes et in situ. Cette recherche s’est appuyée en grande partie sur le bassin Django Reinhardt (BDR) à Chassieu (volume: 32000 m3, surface: 11000 m2) dans le cadre de l’OTHU et sur les données expérimentales obtenues par Dufresne (2008) et Vosswinkel et al. (2012). Les échantillons de sédiments ont été prélevés et leurs caractéristiques physiques ont été analysées en laboratoire dans le but de cerner leur distribution spatiale. Concernant la modélisation numérique, les simulations de l’hydrodynamique en régime permanent ont été réalisées à l'aide du logiciel CFD Fluent et ont été évaluées à partir de l’analyse de corrélation entre le comportement hydrodynamique du bassin et la distribution spatiale des caractéristiques physiques des sédiments. Les conditions limites sur le fond couramment utilisées et largement décrites dans la littérature ont été testées dans le but de représenter la distribution spatiale des sédiments et l’efficacité de décantation du BDR. Les conditions testées sont : i) contrainte de cisaillement critique ou bed shear stress – BSS et ii) énergie cinétique turbulente critique ou bed turbulent kinetic energy - BTKE. L’approche Euler-Lagrange dite « particle tracking » a été mise en œuvre. En raison de l'échec de prédiction des zones de dépôt à l’aide des conditions limites disponibles (BSS et BTKE), une nouvelle relation a été proposée pour estimer le seuil BTKE. La condition à la limite obtenue en utilisant cette nouvelle relation a été testée sur un bassin pilote (Dufresne, 2008) et sur le BDR en régime permanent. Les résultats obtenus n’étaient pas très satisfaisants concernant la prédiction des zones de dépôt et l’efficacité de décantation dans le bassin BDR, même en considérant une distribution granulométrique non uniforme. Afin de mieux prédire les zones de dépôt dans le BDR, une nouvelle méthode a été proposée en considérant le transport des particules, leur décantation et leur érosion en régime transitoire. Sur la base de la méthode proposée pour le transport des particules, la décantation et l'érosion en régime transitoire, plusieurs modélisations avec différentes conditions limites ont été réalisées dans un bassin de retenue pilote rectangulaire (Vosswinkel et al., 2012). Les prédictions des efficacités et des zones de dépôt en régime transitoire avec la méthode proposée sont satisfaisantes / Stormwater detention basins are used to preserve the quality of receiving waters by sedimentation during the wet weather. However, the removal efficiencies of basin were not satisfactory due to the not well understanding of the sedimentation processes. In order to further understand these processes in the real facilities, this thesis therefore focuses both on in situ experiments and modeling of the hydrodynamic and sediment transport in field detention basin and in small scale basin in laboratory. This research was supported by large part on the Django Reinhardt basin (DRB) in Chassieu within the OTHU program and the experimental data deriving from Dufresne (2008) and Vosswinkel et al. (2012). Samples of sediments accumulated in the basin were collected and their physical characteristics were analyzed in order to determine their spatial distribution. Concerning numerical modeling, the hydrodynamic simulations in steady state were performed using CFD software Fluent and were evaluated by the correlation analysis between the hydrodynamic behavior of DRB and the spatial distribution of the physical characteristics of sediments. The bed boundary conditions used in the literatures were tested in order to represent the spatial distribution of sediments and removal efficiency of DRB. The conditions tested were: i) critical bed shear stress - BSS and ii) critical bed turbulent kinetic energy - BTKE. Because of the failure prediction of DRB deposit zones with usual bed boundary conditions, a new relationship based on particle settling velocities has been proposed to estimate the BTKE threshold for the bed boundary condition. The proposed boundary condition was tested in a pilot basin (Dufresne, 2008) and the DRB using the Euler-Lagrange approach under steady flow conditions. The results were not very satisfactory regarding the DRB deposit zones, even considering non-uniform grain size. In order to better predict the deposit zones and settling efficiency in field detention basins, a new method has been proposed accounting for the sediment transport, settling and erosion under unsteady conditions. Based on this proposed method for representing the particle transport, settling and erosion processes under unsteady conditions, various simulations with different bed boundary conditions were carried out in a pilot rectangular basin (Vosswinkel et al., 2012). The predictions of removal efficiencies and deposition zones are satisfactory. Hence, taking into account transient effects on both hydrodynamics and sediment transport leads to drastically improve the spatial and temporal distributions of sediments in settling detention basins.

The overall objective is to improve the one-dimensional numerical prediction of the fine and non-cohesive bed material load in alluvial rivers, especially during high intensity episodes during which sediment beds are strongly remobilized. For this reason, we attempt to reduce the major inaccuracy sources coming from the alluvial resistance and bed material load relations needed to close the mathematical system. Through a shared parameter called the control factor m, the interactions occurring in alluvial rivers are incorporated more deeply into the mathematical model and more particularly into the closure laws: bed material load (SVRD, Suction-Vortex Resuspension Dynamics) and the energy slope (Verbanck et al. 2007). The control factor m is assumedly related to the Rossiter resonance modes of the separated flow downstream the bed form crest. <p><p>To further improve the representation of the flow-sediment-morphology interactions, a fully coupled model approach has been naturally chosen. In this work the terminology fully coupled means that the three equations forming the system are solved synchronously and that the terms often neglected by more traditional decoupled models are kept. <p><p>The feasibility of the new closure methodology has been drawn up by reproducing numerically the silt-flushing experiment conducted by the Yellow River Conservancy Commission (Y.R.C.C.) in the Lower Yellow River (LYR) in Northern China. The objective of the silt flushing experiment is to reverse the aggradation trend of the Lower Yellow River which, in the last decades, has become a perched river. The numerical simulation specifically reproduces the silt-flush effects in a reach of LYR located in the meandering part of the river. This reach (around 100 km) is delimited by Aishan and Luokou hydrometric stations.<p><p>Since the SVRD formulation has been developed from flume observations, the law has first been confronted to river datasets. The confrontation has revealed that the SVRD law becomes less suitable for fine sediment fluxes (ratio of water depth over median particle size > 5000). Therefore, a modified equation SVRD-2 has been built to enlarge the validity range.<p><p>The suitability of the SVRD-2 equation to predict fine sediment fluxes has been tested on data available from several hydrometric stations located in the meandering reach of the LYR: historical observations and measures collected during the flushes. The SVRD-2 has also been compared with relations specifically calibrated for this configuration. The comparison has pointed out that the performance of the two formulas is similar, which is encouraging for the SVRD-2 approach as it has not been calibrated on those data. <p><p>The closed equation system has been written on its quasi-linear form and is solved by a Finite Volume Method combined with a linearized Riemann algorithm. The numerical model has been checked up on two test cases: deposition upstream of a dam and the aggradation experiment conducted by Soni 1975. <p><p>As it is not yet possible to predict dynamically the value of the control factor m, a possible solution would be to extract its value from the measured data at the inlet cross section. Unfortunately, the necessary data are not measured locally. Moreover, a uniform value of the control factor m may not suffice to reproduce the flow along the whole reach. Therefore, it has been proposed to work temporarily in the reverse way. <p><p>From the comparison between the numerical results and the experimental data, a time evolution of the control factor m has effectively been extracted and it has been shown that it varies along the reach. At Aishan, the evolution of the control factor m corresponds to the evolution expected from the data analysis previously conducted on other data sets: the value of the control factor m decreases during the flush as it tries to reach the optimal value m=1. The time evolution at Luokou behaves differently to the one at Aishan, but remains in agreement with m evolution patterns observed historically for the river section flowing round Jinan City walls. For Luokou, the highlighted differences may come from three dimensional effects coming from the meander bend upstream the station.<p><p>Generally, the results obtained for the hydraulics, the sediment transport and bed adaptation are encouraging but still need improvements and additional feeding from the experimental data. The results for the concentration and therefore the bed elevation are very sensitive to the value of the control factor m as it influences most of the terms of the bed material load equation (SVRD-2). <p><p>The major remaining difficulties are, firstly, to deal with the rapid transients for which the model is less suitable and, secondly, to improve the prediction of the value of control factor m. Before paying more attention into the transients, enhancements concerning the flow along the reach (initial condition and discharge rates during the first days of the flush) must be conducted in priority. Indeed as the prediction of the bed or the cross section evolutions depend directly on the quality of the prediction of the sediment concentration and the hydraulics, one should first improve these aspects. To perform this study, more information about the water levels or sediment concentrations is necessary at some intermediate stations. One solution is to lengthen the studied reach, upstream to Sunkou and downstream to Lijin, totaling a river length of 456 Km.<p><p>A more entire signal of the energy slopes and the associated bed configurations at different stations would enlighten how the control factor m evolves along the reach during the silt-flush events. <p><p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’analyse de sédiments totaux et de fractions granulométriques de la rivière Gandak (Himalaya) a montré que la variabilité des séries de l’uranium observée pour les sédiments himalayens est contrôlée par leur évolution minéralogique et granulométrique plutôt que par le mécanisme d’altération. Cette conclusion questionne les travaux antérieurs et souligne la nécessité d’étudier la mobilité des radionucléides à échelle minérale. A cette fin, une approche sur fractions minérales a mis en évidence des processus d’échange entre les minéraux, avec une mobilité significative de 230Th, fortement appauvri dans les zircons, et 226Ra, enrichis en particulier dans la fraction argileuse. Les déséquilibres observés semblent induits par un processus d’altération récent, de quelque ka.Ces résultats sont confirmés par l’analyse des déséquilibres 238U-234U-230Th dans des minéraux par SIMS, qui montre un enrichissement en 230Th à la surface des monazites et une perte de Th (232, 230) dans les zircons. / The analysis of total sediments and grain-size fractions from the Gandak river (Himalaya) showed that the Uranium series variability observed for the Himalayan sediments is controlled by their mineralogical and grain-size evolution, rather than by the weathering process.This conclusion called into question the transfer timescale in Himalayan plains estimated by previous works and highlighted the need to explore radionuclide mobility at the mineral scale. For this purpose, an approach on pure mineral fractions pointed out exchange processes between the mineral phases, with a significant mobility of 230Th, strongly depleted in zircon, and 226Ra, particularly enriched in the clay fraction. The observed disequilibria are attributed to a recent weathering process of a few ky. Those observations are confirmed by the SIMS analysis of 238U-234U-230Th disequilibria on mineral grains, which show a 230Th enrichment at the grain surface in monazites and a loss of Th, 230 and 232, in zircons.

Afin de mieux appréhender la multiplicité et la complexité des processus biogéochimiques enzône cotière, un modèle 2D dé- crivant l’évolution d’espèces biogéniques dans les sédiments per-méables des zones intertidales a été développé. Ce modèle couple l’hydrodynamique générée parla marée aux processus de transport-réaction d’espèces biogéochimiques. L’infiltration de la maréedans ce milieu poreux variablement saturé est modélisée par l’équation de Richards. Des méthodesnumériques nécessaires à la ré- solution des équations décrivant le couplage ont été mises en place,comme la méthode de stabilisation SUPG (Streamline Upwind Petrov Galerkin) et une méthodede capture de choc. Le site très dynamique de la plage du Truc-Vert (côte Atlantique) a été choisicomme terrain de référence en raison principalement d’études biogéochimiques disponibles. Lesparamètres d’entrée du modèle font appel d’une part à ces données de terrain (missions ANR PRO-TIDAL et MOBISEA) et d’autre part à des paramètres issus de la bibliographie. La validation dumodèle a été effectuée à partir de la comparaison avec deux cas test issus de la littérature, le pre-mier concernant l’hydrodynamique sous le forçage de la marée et le second concernant l’équationde transport-réaction. Une première version du modèle a été déclinée pour décrire l’évolution de laconcentration en silice en milieu poreux sous le forçage de la marée. Les flux de silice vers l’océanet le temps de résidence de la silice dans les sédiments perméables des plages ont été estimés. Aubout de quelques jours, on peut observer la formation d’une lentille de faible concentration en si-lice dans la partie supérieure de la zone intertidale, caractéristique du forçage de la marée. Nousavons également étudié les variations de la géométrie de cette lentille et du temps de résidencesous l’influence de différents paramètres, tel que la pente de la plage, la conductivité hydraulique,l’amplitude de la marée et le coefficient de dispersion. Une deuxième version du modèle décrit la dégradation de la matière organique, l’évolution des concentrations en oxygène, en nitrates,en phosphates. Ainsi nous disposons de la répartition spatio-temporelle des concentra- tions deces différentes espèces chimiques dans le sédiment. Aujourd’hui les problèmes environnementauxs’avèrent fondamentaux pour notre société et la compréhension des interactions sédiments-océanen est une étape essentielle. Ce modèle nous permet de mieux percevoir le rôle joué par la ma-rée et de quantifier les processus qu’elle induit dans les sédiments variablement saturés des plagessableuses. Ce modèle participe de façon significative à la compréhension des processus biogéochi-miques se déroulant dans ces environnements particulièrement complexes et permet la structurationdes campagnes de mesure. / For a better understanding of the complexity of the biogeochemical processes in coastal re-gion, a 2D model has been developed. This model couples hydrodynamic forcing generated bythe tide and the transport-reaction processes of biogeochemical species. Di- scharge of the tideinto the variably-saturated porous media is modelled by Richards equation. Some numerical me-thods are required for solving this kind of complex problem, as Streamline Upwind Petrov Galerkin(SUPG) method and shock capturing method. The highly dynamical site of the Truc-Vert beach hasbeen chosen as reference field, mainly because of avalaible biogeochemical and hydrodynamicalstudies. The input parameters of the model come from these field data (ANR PROTIDAL and MO-BISEA projects) and from the bibliography. The validation of the model was made in regards oftwo case studies from published hydrodynamic simu- lations under tidal forcing and from avaliabletransport-reaction solutions. A first version of the model has been declined to describe silicic acidevolution into porous media under tidal forcing. The flux of the silicic acid to the ocean and theresidence time of silicic acid into permeable sandy sediments were estimated. After some days, weobserve the formation of a lens of low silicic acid concen- tration in the upper part of the intertidalzone. This lens is the main imprint of the tidal forcing. We studied also variations of the lens geo-metry and the residence time under influence of model parameters, such as the beach slope, the tideamplitude and the dispersion coefficient. A second version of the model describes the organic mat-ter degradation , and simulates the concentrations of oxygen, nitrates and phosphates. The modelreproduces the spatial (2D) and temporal distribution of the concentration of these different che-mical species into the sediment. Nowadays environmental problems are fondamental for our societyand the understanding of the sediment-ocean interactions is a crucial step. The new model allowsus a better understanding of the tidal impact on biogeochemical processes in permeable sediments and offers a quantitative approach on biogeochemical processes that occur into variably-saturatedsandy sediments. The model also offers a useful tool to optimize sampling strategy for field studies.

Cette thèse constitue une étude de référence sur la qualité des ressources hydriques du bassin versant du fleuve Ibrahim au Liban, notamment avant la construction d’un grand barrage (Jannah). Pour ce faire, 7 stations (NI7 à NI1) ont été sélectionnées de l’amont vers l’aval sur l’Ibrahim et ses sources karstiques. L’ensemble des sept sous bassins a été caractérisé d’un point de vue hydroclimatologie et états de surface (sols, végétation, cultures, géologie, relief). Les débits mesurés à l’amont (2 stations) et à l’aval (1 station) nous ont permis de reconstituer les débits des autres stations intermédiaires grâce à des relations débits-surfaces spécifiques. À partir de prélèvements et d’analyses chimiques de la composition des eaux tout au long d’un cycle hydrologique et avec une fréquence mensuelle, les flux de matières exportées en solution par l’Ibrahim ont été estimés à 122 372 t/an. 80% de ce tonnage est exporté durant la période des hautes eaux. À partir de ce tonnage, on a pu estimer que l’altération chimique des roches carbonatées sur l’ensemble du bassin s’effectue à la vitesse de 81 cm/10000 ans. Cette altération consomme un flux élevé de CO2 typique des régions carbonatées soumises à un drainage intense (1500 mm/an), soit 2,23 x106 moles/km2/an de CO2. L’analyse de la concentration en éléments traces dans les sédiments de fond des cours d’eau, intégrateurs des transports solides, en hautes eaux et en basses eaux, montre des concentrations élevées pour le Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga et Cu en passant de NI5 jusqu’à NI2. L’évaluation du degré de cette contamination et de sa variation spatio-temporelle a été effectuée grâce au facteur d’enrichissement en normalisant par rapport à l’aluminium et en prenant les sédiments de la station amont NI7 (source karstique) considérés comme peu ou pas contaminés en ET, comme fond géochimique naturel. Des teneurs élevées en Zn, Pb, Cu et d’autres éléments traces montrent que dans cette région où les activités industrielles, agricoles, et urbaines sont développées, il existe un apport anthropique non négligeable en éléments métalliques. Mais cette contamination reste modérée / Throughout the study framework conducted on the quality of the water resources in the Ibrahim River watershed in Lebanon (notably before the construction of a large dam, Jannah), 7 stations (NI7 to NI1) were selected, from upstream to downstream, including its karst springs. Hydroclimatological and specific catchment characteristics (such as land cover use, geology, hydrology, soil and topography) where characterized for the whole seven sub-basins respectively. Discharge data from the sources (2 stations) and the basin outlet (1 station) enhanced our study to determine and further calculate the discharge of other stations. Sampling and analyzing the chemical composition of water collected monthly during one hydrological cycle allowed us to determine the amount of dissolved material carried by the Ibrahim River. The river flux of dissolved material was estimated at 122 372 tons / year of which 80% of is exported during high flow season. Therefore this flux allowed us to estimate the rate of chemical weathering of carbonate rocks across the basin at 81 cm / 10000 years. This alteration consumes a high flux of CO2 (around 2,23x106 moles/km2/year of CO2) typical for carbonate regions subject to intense drainage (1500 mm). The analysis for the concentration of trace elements in fluvial sediments for the Ibrahim River for the low and high flow periods shows high concentrations of Sc, V, Cr, Co, Ni, Cu and Ga in the from NI5 station up to NI2. The assessment of the extent of the contamination and its spatio-temporal variation was conducted using the enrichment factor by normalizing to aluminium concentration and using the element concentrations in the sediments of station NI7 (karstic sspring) considered as the natural geochemical background for this catchment. High levels of Zn, Pb, Cu and other traces of noticeable elements show that in this region where industrial, agricultural and urban activities are developed, there is a significant anthropogenic contribution for some metallic elements; thus the trace element contamination remains moderate.