Des études fondées sur l’expérimentation et le retour d’expérience ont montré que les techniques alternatives en assainissement pluvial pouvaient constituer de bons systèmes de dépollution selon leur fonction et leurs caractéristiques.La capacité de dépollution de ces techniques peut entraîner cependant des conséquences susceptibles de menacer la durabilité de la structure. Afin de garantir leur durée de vie et de maintenir leur capacité de stockage et de dépollution, un dispositif de prétraitement par filtration des eaux pluviales a été développé. Il repose sur des principes de simplicité de mise en œuvre et d’entretien, et consiste en une bouche d’injection dérivée d’un modèle commercial de bouche d’égout à décantation équipée d’un filtre amovible.L’objectif de cette thèse est d’étudier en détail le fonctionnement du dispositif et de quantifier son efficacité en termes de dépollution des eaux pluviales ainsi que sa capacité hydraulique. Elle consiste en des expérimentations en laboratoire sur maquette, des expérimentations in situ, et de la modélisation numérique. En expérimentation sur maquette, nous avons testé premièrement le dispositif placé en amont d’une chaussée réservoir en simulant des séries d’événements pluviaux et des pollutions en MES. Les résultats ont montré une efficacité de coupure du filtre de l'ordre de 15 à 20 % pour la granulométrie étudiée (inférieure à 200 µm). Nous avons ensuite étudié le dispositif avec différents types de filtres vis à vis des MES et de l’huile de Colza en simulation d’un hydrocarbure.En expérimentation in situ, nous avons étudié le rendement de la bouche d’injection munie d’un filtre ADOPTA en conditions réelles sur trois sites expérimentaux, qui différent selon leur trafic, en établissant des bilans de pollution  « DCO, MES, HCT, Plomb, Zinc, Cuivre et Cadmium » en amont et en aval du dispositif. Les résultats ont montré un bon fonctionnement hydraulique du dispositif et un abaissement de la charge polluante en matières en suspension lors des pluies de faible intensité. Pour la modélisation numérique, nous avons utilisé un code de calcul commercial pour simuler l’écoulement et le transport solide dans la bouche d’injection sans filtre. / Studies based on experimentation have shown that Best Management Practices (BMP) (alternative techniques) in urban storm drainage represent an efficient way to retain pollution according to their functions and characteristics. But the pollution retention capacity of these techniques (BMP) could cause harmful consequences for the structure. To ensure the durability of these techniques and keep their storage capacity and pollution retention capacity, a device for filtration of storm water was developed called “injection inlet”. This device is simple for implementation and maintenance; it is a commercial developed model of a catch pit equipped with a removable filterThe aims of this work are to study the pollution retention capacity of this device with its hydraulic capacity. The work is based on experimental study in laboratory and in site, in addition with numerical modelling.For the first experimental study, we work on a model in laboratory where the device is placed in the upstream of the reservoir structure. We simulate the storms and the Total Suspended Solids (TSS) injection. The results shown that the filter has a capacity to remove pollution between 15 and 20% for the particles whose size is smaller than 200 µm, and then we tested retention capacity of several types of filters towards TSS and hydrocarbons, and their hydraulic capacity.In three different sites presenting different traffic conditions, we studied the performance of the device (injection inlet or catch pit) with the filter ADOPTA in real conditions, by measurement of « COD, TSS, THC, Pb, Zn, Cd and Cu» in upstream and downstream of the device, The results have shown a good hydraulic capacity and a decrease of the pollution load of suspended solids with small rains. For numerical modeling, we used commercial software to simulate the flows and the sediment transport in device without filter.

Ce travail de thèse a évalué les niveaux et les voies d'introduction de la contamination en micropolluants des eaux pluviales d'un petit bassin versant urbain, et mis en évidence les impacts de l'utilisation de techniques alternatives (TA) sur les flux d'eau et de contaminants. Quatre bassins versants à Noisy-le-Grand, homogènes par leur taille et leur occupation du sol (1 à 2 ha, résidentiel dense), et présentant une diversité de gestion des eaux pluviales (séparatif classique et différentes combinaisons de TA) ont été étudiés. La présence d'un certain nombre de substances prioritaires de la directive cadre européenne sur l'eau (HAP, alkylphénols, phtalates, diuron, isoproturon, atrazine, plomb) a été mise en évidence dans les eaux pluviales d'un bassin versant amont, à des niveaux de contamination globalement plus faibles qu'à l'aval des réseaux séparatifs. Cette contamination est tout de même significative pour certains paramètres qui ont été mesurés au dessus des normes de qualité. Pour le zinc, la contamination à l'amont est même plus élevée qu'à l'aval du fait de l'émission par des matériaux de couverture.Ce travail a montré que les TA diminuent les volumes d'eau rejetés vers l'aval d'environ 50% et réduisent les masses de contaminants émises de 20 à 80% (MES, DCO, PCB, HAP, alkylphénols, métaux traces). Cette réduction de masse est essentiellement liée à la diminution de volume, l'effet épuratoire sur les concentrations n'étant pas systématiquement mis en évidence. L'amplitude de ces effets varie suivant l'importance de la pluie, mais surtout en fonction du type d'ouvrage mis en place.La gestion à l'amont des eaux pluviales est donc à favoriser car elle évite la sur-contamination liée aux processus en réseau (mauvais branchements, érosion...). Elle permet de séparer les eaux peu chargées (infiltration ou rejet au milieu) des effluents contaminés qui pourront être traités localement ou à l'aval. Dans un objectif de réduction des flux polluants la conception des TA devra prendre en compte les pluies courantes et non pas seulement les événements exceptionnels

Ce travail de thèse a évalué les niveaux et les voies d'introduction de la contamination en micropolluants des eaux pluviales d'un petit bassin versant urbain, et mis en évidence les impacts de l'utilisation de techniques alternatives (TA) sur les flux d'eau et de contaminants. Quatre bassins versants à Noisy-le-Grand, homogènes par leur taille et leur occupation du sol (1 à 2 ha, résidentiel dense), et présentant une diversité de gestion des eaux pluviales (séparatif classique et différentes combinaisons de TA) ont été étudiés. La présence d'un certain nombre de substances prioritaires de la directive cadre européenne sur l'eau (HAP, alkylphénols, phtalates, diuron, isoproturon, atrazine, plomb) a été mise en évidence dans les eaux pluviales d'un bassin versant amont, à des niveaux de contamination globalement plus faibles qu'à l'aval des réseaux séparatifs. Cette contamination est tout de même significative pour certains paramètres qui ont été mesurés au dessus des normes de qualité. Pour le zinc, la contamination à l'amont est même plus élevée qu'à l'aval du fait de l'émission par des matériaux de couverture.Ce travail a montré que les TA diminuent les volumes d'eau rejetés vers l'aval d'environ 50% et réduisent les masses de contaminants émises de 20 à 80% (MES, DCO, PCB, HAP, alkylphénols, métaux traces). Cette réduction de masse est essentiellement liée à la diminution de volume, l'effet épuratoire sur les concentrations n'étant pas systématiquement mis en évidence. L'amplitude de ces effets varie suivant l'importance de la pluie, mais surtout en fonction du type d'ouvrage mis en place.La gestion à l'amont des eaux pluviales est donc à favoriser car elle évite la sur-contamination liée aux processus en réseau (mauvais branchements, érosion...). Elle permet de séparer les eaux peu chargées (infiltration ou rejet au milieu) des effluents contaminés qui pourront être traités localement ou à l'aval. Dans un objectif de réduction des flux polluants la conception des TA devra prendre en compte les pluies courantes et non pas seulement les événements exceptionnels / This thesis aimed at evaluating the contamination of urban stormwater from an upstream watershed by micropollutants and their introduction pathways, and estimating the hydrological effects and the pollutant removal performances of Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS). Four watersheds located in Noisy-le-Grand were studied. They had comparable sizes (1 to 2 ha) and land use patterns (dense residential), but one was drained by a classical separate sewers system, and the other was managed by SUDS.We showed that stormwater from an upstream watershed is contaminated by some priority substances of the Water Framework Directive (PAHs, alkylphenols, phtalates, diuron, isoproturon, atrazine, lead), but at lower levels than the downstream. The concentrations of some parameters still excede the quality standards. Zinc concentrations are even higher than downstream, as a result of emissions from metallic materials from roong.SUDS reduce the volume of surface water discharged by 50 %. The mass of contaminants also decreases by 20 to 80 % (SS, COS, PCB, PAH, alkylphenol, metals). The discharge reduction is mainly due to water losses, whereas removal performances on concentrations are not systematically highlighted. These effects vary with rainfall and particularly with the type of SUDS.The upstream management of stormwater should be encouraged to avoid over contamination due to processes in sewer systems (erosion, bad connections...). Lightly contaminated effluents (infiltration or discharge to middle) can be separated from strongly contaminated ones that can be treated locally or downstream. In order to integrate depollution goals, the design of SUDS, currently based on exceptional events, should also rely on frequent events

La maîtrise des flux de polluants générés par temps de pluie en milieu urbain constitue un enjeu important pour limiter la dégradation des milieux aquatiques superficiels. Face à l’insuffisance des systèmes d’assainissement traditionnels, la gestion à la source des eaux pluviales, dans des dispositifs de stockage à ciel ouvert intégrés au milieu urbain, s’est progressivement imposée comme une solution permettant de réduire de façon significative les flux de contaminants dirigés vers les réseaux ou les milieux récepteurs, en favorisant notamment l’infiltration ou l’évapotranspiration des volumes ruisselés. Bien qu’offrant des perspectives pour la maîtrise des flux de polluants, l’efficacité des solutions mises en œuvre n’est à ce jour pas suffisamment maîtrisée. Ce travail de thèse s’intéresse donc à l’incidence du fonctionnement hydrologique des « techniques alternatives » de gestion à la source du ruissellement et vise en particulier à orienter leur conception pour garantir une meilleure maîtrise de la contamination des eaux pluviales urbaines.Les pratiques actuelles de gestion des eaux pluviales urbaines sont dans un premier temps analysées de manière à identifier les stratégies pouvant être préconisées pour la maîtrise à la source des flux de polluants. Ce travail permet alors de mettre en évidence l’hétérogénéité quant à la traduction de l’objectif de maîtrise des flux de polluants dans les préconisations à destination des aménageurs, qui ne garantissent pas nécessairement la mise en œuvre de solutions permettant de limiter efficacement les rejets de contaminants vers les milieux récepteurs.Une chaîne de modélisation « surface urbaine + ouvrage », destinée à simuler le fonctionnement des dispositifs de gestion à la source des eaux pluviales pour des périodes longues de précipitations, et en considérant des dynamiques variées de production des flux d’eau et de contaminants au niveau des bassins versants d’apport, est par la suite développée afin de préciser l’incidence de différents scénarios de gestion du ruissellement ou de dimensionnement des techniques alternatives sur les flux rejetés vers l’aval. Certaines composantes de cette chaîne de modélisation font l’objet d’un approfondissement, avec l’introduction (1) d’un schéma permettant de simuler l’évolution de l’état hydrique du sol pour mieux rendre compte de la variabilité temporelle des flux d’infiltration et (2) d’un modèle générique destiné à simuler des dynamiques contrastées d’émission des contaminants (matières en suspension lessivées au niveau des chaussées urbaines et zinc dissous au niveau d’éléments de toiture métalliques). Une analyse de sensibilité cette chaîne de modélisation est par la suite réalisée afin de préciser l’incidence de sa paramétrisation et d’évaluer l’importance de certaines hypothèses simplificatrices pour l’estimation de l’efficacité des techniques alternatives.L’intérêt de la chaîne de modélisation développée dans le cadre de ce travail est finalement illustré par la construction d’abaques permettant de relier l’efficacité des techniques alternatives à quelques paramètres de dimensionnement et d’évaluer la pertinence de différents scénarios de gestion du ruissellement. Les résultats, correspondant ici aux conditions météorologiques de la région Ile-de-France, indiquent que l’abattement d’une fraction modeste du ruissellement, grâce à un simple volume mort, pourrait donner lieu à une réduction importante des rejets de contaminants pour les sols de conductivité hydraulique supérieure à 10-6 m.s-1. Dans le cas sols présentant des capacités d’infiltration plus limitées, l’analyse met en revanche en évidence un risque de dysfonctionnement des dispositifs de gestion. Le recours à des solutions « plus diffuses », peu profondes et présentant des surfaces d’infiltration ou d’évapotranspiration importantes, apparaît alors préférable pour garantir des niveaux d’efficacité satisfaisants tout en évitant une sollicitation excessive de l’ouvrage. / Urban runoff discharge is today identified a major source of surface water impairment. In recent years, on-site stormwater control, in small and relatively simple vegetated systems, providing volume reduction through infiltration or evapotranspiration, has become increasingly popular due to the inability of conventional drainage systems to limit the amount of stormwater and pollutant directed to the environment. While such practices clearly offer opportunities to mitigate the adverse effects of urban runoff, their performance remains insufficient and is yet not completely understood. The main purpose of this Ph.D. thesis is therefore to investigate the relation between the hydrological behaviour of these source-control systems and pollutant removal efficiencies so as to provide design tools or guidelines that support practitioners in the implementation of efficient stormwater management practices.Current stormwater management practices are first examined on the basis of a literature review of various guidelines or regulatory documents so as to identify the strategies that may be promoted for on-site pollution control, in France or abroad. This analysis indicates that recommendations can be quite variable depending on the country or the community and do not systematically reflect on-site pollution control objectives, which may result in the implementation of inappropriate stormwater management systems.A modelling system based on the representation of a pervious facility collecting runoff and pollutant loads generated over a small urban catchment, allowing the simulation of different scenarios in terms of urban surfaces characteristics and source-control system design, for long rainfall periods, is later developed to investigate the relation between the hydrological behaviour and the pollutant removal efficiencies of on-site stormwater management practices. An improved description of the hydrological processes in the source control system is adopted with the introduction of an infiltration-redistribution scheme accounting for the evolution of soil moisture so as to better replicate the temporal variability of infiltration fluxes. The opportunity of implementing relatively simple conceptual runoff quality models to simulate distinctive pollutant emission dynamics is also investigated: a generic model formulation is adopted and calibrated to replicate suspended solids concentrations in urban street runoff or zinc concentrations from a metal roof. A sensitivity analysis of the modelling system is later conducted so as to evaluate the influence of the different input factors and better understand the effect of some modelling hypotheses for the assessment of the performance of stormwater source control practices.The practical value of the modelling system is finally illustrated with the production of sizing diagrams displaying pollution control efficiency estimates as a function a limited number of design parameters, from which the relevance of a large variety of runoff control scenarios may be evaluated. The results presented in this study, corresponding to the rainfall conditions encountered in Paris region, suggest that the infiltration or evapotranspiration of a relatively small fraction of runoff in a simple dead storage volume could result in a significant reduction of pollutant discharges for soils exhibiting saturated hydraulic conductivity values greater than 10-6 m.s-1. In the case of lower saturated hydraulic conductivity values, this study however evidences possible failures of source control system due to a limited drainage capacity (extended ponding duration and saturation of the soil profile over significant depths). Results therefore suggest that the implementation diffuse stormwater management practices, with large infiltration/evapotranspiration areas and limited storage depths, should generally be preferred to achieve pollution control and ensure correct hydrological functioning of the source control systems.

Dans ce travail de thèse on a examiné expérimentalement l’efficacité épuratoire d’un dispositif de filtration, constitué de sable concassé et de nappes de géotextile en fibre de lin, à l’échelle de laboratoire afin d’installer en conditions locales (Agglomération Havraise) un site expérimental en vraie grandeur. Deux types d’essais ont été utilisés : (1) Des essais batch pour quantifier le potentiel de sorption des ions plomb, cuivre et zinc par les étoupes de fibres de lin à partir d'une solution aqueuse. (2) Des essais de filtration de longue durée dans des colonnes en laboratoire remplie de sable concassé avec et sans strates de géotextile en fibres de lin pour étudier l'influence de la présence de géotextiles sur le transfert et la rétention (i) des particules en suspension non polluées (particules de kaolinite) (ii) des métaux lourds solubles dans l'eau (iii) des métaux lourds sous forme particulaire (ions métalliques adsorbés sur les particules de kaolinite en suspension) et métaux lourds et solubles dans l'eau. Les essais de sorption ont montré que l'adsorption des ions métalliques par les fibres de lin est favorable avec une capacité d'adsorption maximale de 9,9 ; 10,7 et 8,4 mg g-1 respectivement pour le cuivre, le plomb et le zinc. Les essais de filtration ont montré que la présence des géotextiles dans le sable influence le transfert des métaux lourds, sous les deux formes soluble et particulaire. La rétention des métaux dans le sable est favorisée et les profils de rétention sont modifiés. De plus, et contrairement aux géotextiles synthétiques, les géotextiles en fibres de lin contribuent eux-mêmes à la rétention d’une fraction non négligeable de polluants métalliques sous forme soluble et particulaire dans leur propre structure. L’efficacité globale de rétention des métaux par le dispositif de filtration est améliorée. Ces résultats sont de bons indicateurs pour envisager l'utilisation de matériaux à base de fibre de lin dans la conception de systèmes de traitement local des eaux de ruissellement et l'élimination de polluants métalliques. / In this thesis work, the purification efficiency of a filtration device, consisting of crushed sand and flax fiber geotextile layers, was investigated experimentally at the laboratory scale in order to install in local conditions (Havre agglomeration) an experimental site in full size. Two types of tests were used: (1) Batch tests to quantify the sorption potential of lead, copper and zinc ions by flax fiber tows from an aqueous solution , (2) Long-term filtration tests in laboratory columns filled with crushed sand with and without flax fiber geotextile layers to study the influence of the presence of geotextiles on the transfer and retention of (i) particles in unpolluted suspension (kaolinite particles) (ii) water-soluble heavy metals (iii) heavy metals in particulate form (metal ions adsorbed on suspended kaolinite particles) and heavy and water-soluble metals. Sorption tests have shown that the adsorption of metal ions by flax fibers is favorable with a maximum adsorption capacity of 9.9; 10.7 and 8.4 mg g-1 respectively for copper, lead and zinc. Filtration tests have shown that the presence of geotextiles in sand influences the transfer of heavy metals, in both soluble and particulate forms. The retention of metals in the sand is favored and the retention profiles are modified. In addition, and unlike synthetic geotextiles, flax fiber geotextiles themselves contribute to the retention of a significant fraction of metal pollutants in soluble and particulate form in their own structure. The overall metal retention efficiency of the filtration device is improved. These results are good indicators for considering the use of flax fiber materials in the design of local stormwater treatment systems and the removal of metal pollutants.

La population européenne est par excellence urbaine. Les européens ont clairement affiche leur volonté pour l'amélioration de la qualité de la vie urbaine. Quand les autres sources de pollution sont maîtrisées, les eaux pluviales deviennent la source principale de pollution en zone urbaine. Parallèlement les inondations dues au ruissellement deviennent de plus en plus importantes en raison de l'imperméabilisation de la surface des bassins versants urbanises. Les techniques alternatives peuvent aider à résoudre plusieurs problèmes (qualité des milieux récepteurs, qualité de vie, ressources en eau, inondations urbaines) mais elles nécessitent le changement du paradigme technique "hygiénistique" pour établir un nouveau paradigme de "gestion à la source". Ceci entraîne plusieurs changements d'ordre organisationnel. L'assainissement des eaux pluviales redevient une affaire "publique" et les ouvrages visibles. La mise en œuvre de techniques alternatives dépendent de bien d'autres facteurs que les facteurs techniques. Notre étude a eu pour objectif d'analyser et de comparer la gestion de l'eau pluviale et surtout l'application des techniques alternatives dans sept pays européens (Suède, Danemark, Pays-Bas, Allemagne, France, Royaume-Uni, Grèce), sur les plans contextuel (liens avec d'autres secteurs techniques et politiques) et organisationnel et dans la mise en place des politiques publiques. Le pays choisis partagent une histoire technique et ont un patrimoine urbain semblable. Ils sont tous membres de l'union européenne dont la volonté politique est l'harmonisation, technique et organisationnelle, de la gestion de l'eau. La recherche a conduit a préciser les facteurs déterminants pour la mise en œuvre des techniques alternatives et a proposer des actions pour la promotion des techniques alternatives en Europe.

L'essor que connaît aujourd'hui la gestion intégrée des eaux pluviales s'accompagne d'un recours croissant à des techniques favorisant l'infiltration de l'eau “à la source”, disséminées sur des bassins versants urbains. Néanmoins, de telles pratiques suscitent des interrogations sur la capacité du sol à jouer le rôle de “filtre” vis-à-vis des polluants présents dans le ruissellement. Ces travaux de thèse s'intéressent à la contamination du sol par les métaux et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans ces dispositifs, avec trois objectifs : (i) évaluer les niveaux et l'étendue spatiale de la contamination, (ii) mieux comprendre les mécanismes qui gouvernent le devenir de ces contaminants dans le sol des ouvrages, et (iii) proposer des recommandations sur la conception et la maintenance de ces installations, afin de leur assurer un fonctionnement épuratoire durable.La première partie du travail consiste en une série d'investigations expérimentales sur dix sites d'étude aux caractéristiques contrastées, en service depuis plus de dix ans. Cette phase donne lieu à des cartographies de la contamination superficielle en éléments traces métalliques, puis à des profils verticaux de métaux et HAP, accompagnés de différentes variables explicatives. La distribution spatiale des métaux en surface, qui est toujours structurée autour de la zone d'arrivée de l'eau, porte la signature du fonctionnement hydraulique réel des dispositifs, et révèle le caractère non-uniforme de l'infiltration lors des événements pluvieux courants, qui représentent la plus grande partie du flux polluant à l'échelle annuelle. Dans la zone la plus contaminée des ouvrages, métaux et HAP présentent un enrichissement significatif sur 10 à 40 centimètres de profondeur. La rétention des contaminants résulte de la combinaison de processus physico-chimiques (adsorption) et mécaniques (sédimentation et filtration) ; leur importance relative peut être quantifiée grâce au déficit de zirconium dans le sédiment urbain par rapport au bruit de fond géochimique local. La variabilité inter-sites des niveaux de contamination s'explique à la fois par les capacités de rétention du sol et par les flux de polluants issus du bassin versant d'apport. Bien que les teneurs de surface excèdent, sur certains sites, les seuils internationaux de remédiation du sol pour des espaces “multifonctionnels”, la zone concernée représente — latéralement et verticalement — une région assez limitée dans les ouvrages.La seconde partie de la thèse consiste en une approche de modélisation, dont la finalité est de décrire l'évolution à long terme de la contamination du sol, et d'évaluer l'incidence de différentes pratiques de conception ou de gestion. Une analyse de sensibilité est d'abord mise en œuvre afin d'identifier les “éléments-clés” dans la description du système, et d'orienter le choix du modèle. Les résultats montrent qu'une mauvaise estimation de la dispersivité ou de l'isotherme d'adsorption du sol est susceptible de biaiser significativement la prévision des profils de contamination. Dans la suite du travail, on propose une méthode visant à décrire l'infiltration non-uniforme et la filtration des polluants particulaires. Le modèle ainsi construit est validé via une comparaison entre mesures et simulations sur l'un des sites d'étude faisant l'objet d'une nouvelle caractérisation approfondie. Enfin, une analyse de scénarios illustre les bénéfices d'un amendement de l'horizon superficiel par un matériau adsorbant, ainsi que d'une répartition homogène des flux d'eau en surface, en matière de durée de vie des installations et de fréquence d'intervention. / Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) are increasingly used for stormwater management. However, the generalization of runoff infiltration in urban watersheds raises some concerns regarding the soil's ability to retain ubiquitous micropollutants. The present work addresses soil contamination by trace metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in such infiltration devices, with the aims of: (i) appraising the levels and spatial extent of soil contamination, (ii) better understanding the mechanisms which govern the fate of contaminants in these systems, and (iii) identifying design and maintenance guidelines which may enhance long-term pollutant control through SUDS.The first part of the study consists in a series of experimental investigations in ten contrasting study sites, which have been in operation for more than ten years. The two-stage methodology successively leads to cartographies of metal contamination in the surface soil, and vertical profiles of metal and PAH concentrations, along with different explanatory variables. The spatial distribution of trace metals in the upper horizon displays a systematic structure with respect to the inflow area, and bears the time-integrated signature of the infiltration fluxes and flow pathways at the surface. In the most contaminated zone of the facilities, a significant enrichment of metals and PAHs is detectable until 10 to 40 cm depth. Contaminant retention results from the combination of different physicochemical and mechanical processes (resp. sorption and sedimentation/filtration), the contribution of which can be assessed via the zirconium deficit in urban sediment in comparison to the soil's geochemical background. The inter-site variability of contamination levels is attributable to (i) differences in the soil's retention capacities, and (ii) differences in pollutant loads from the watershed. Although surface contents may exceed intervention thresholds for “multi-functional” spaces in several study sites, the area which would require soil remediation is laterally and vertically limited.These experimental assessments are complemented by a modelling approach, to describe the long-term evolution of soil contamination, and to evaluate the effect of various SUDS designs and maintenance operations. A sensitivity analysis is first carried out so as to identify the “key elements” in the system description: the results show that a wrong estimation of the soil's dispersivity or sorption isotherm is likely to induce significant biases in the predicted contamination profiles. A method is then proposed to describe non-uniform water infiltration fluxes, and the filtration of particle-bound contaminants. The model is validated via a comparison between measured and predicted metal profiles in one of the study sites, where a comprehensive soil characterization is undertaken. Finally, a “scenario analysis” illustrates the benefits of (i) using soil enrichment products with enhanced sorption capacities, and (ii) facilitating water spreading at the surface, in terms of “lifespan” of the devices and maintenance requirements.

La réduction de la dépendance aux pesticides des systèmes de culture de laitue constitue un objectif à relativement court terme, partagé par les pouvoirs publics et les acteurs de la filière de production. Atteindre cet objectif suppose de disposer de moyens techniques permettant de substituer aux pesticides d’autres méthodes limitant les dégâts de bio-agresseurs de la laitue.Ces techniques peuvent être destinées à minimiser l’entrée d’inoculum dans les parcelles, à limiter la propagation des bio-agresseurs, à diminuer la sensibilité des plantes, ou à éradiquer les bio-agresseurs présents sur les cultures. L’évolution des systèmes de culture repose sur la démonstration de l’efficacité, en termes de protection des plantes, de ces techniques alternatives aux pesticides lorsqu’elles sont intégrées et combinées dans les itinéraires techniques. Elle dépend aussi de l’impact socio-économique et environnemental des itinéraires techniques alternatifs, dans un contexte commercial et réglementaire exigeant. L’objet de cette thèse a été de développer des stratégies alternatives de gestion des bio-agresseurs de la laitue d’hiver cultivée sous abri froid,plus économes en pesticides, et d’évaluer leurs performances agronomiques, économiques et environnementales,garantes de la durabilité des systèmes de production.Sur la base des techniques déjà disponibles, deux stratégies alternatives, nommées stratégie intermédiaire et stratégie bas-intrant ont été conçues, et testées dans deux exploitations agricoles et un domaine expérimental de l’INRA pendant deux hivers, en comparaison avec une stratégie conventionnelle, représentative des pratiques actuelles. Les stratégies intermédiaire et bas-intrant ont permis de réduire de 32% et 48% l’usage des pesticides, respectivement, et ont été suffisamment efficaces pour obtenir une qualité visuelle et des rendements équivalents à la stratégie conventionnelle. Le bénéfice environnemental de leur mise en oeuvre a également été démontré. La mise en place de ces stratégies a cependant entrainé un surcoût de production,essentiellement lié à la lutte biologique, d’environ 10 à 13%. Parallèlement, deux orientations techniques originales, dont l’efficacité n’était pas caractérisée, ont été explorées. Une première série d’essais expérimentaux a porté sur l’influence du génotype de l’hôte et de l’environnement de la plante sur sa sensibilité à deux champignons pathogènes d’importance majeure, Botrytis cinerea et Sclerotinia sclerotiorum. Il a été montré que le choix d’un génotype moins sensible couplé à une optimisation du rapport fructose : saccharose de la plante diminuait les symptômes observés après inoculation. Une deuxième démarche expérimentale, portant sur la lutte biologique contre le puceron Nasonovia ribisnigri, a révélé l’incapacité de parasitoïdes du genre Aphidius à contrôler les pucerons en fin de culture, lorsque la structure du couvert végétal devient trop complexe.En plus d’inscrire ces travaux de recherche dans un processus d’amélioration continue de l’efficacité et des performances des stratégies alternatives aux pesticides, la démarche scientifique utilisée, articulant approche analytique et approche intégrative, a permis d’étudier des techniques ayant potentiellement un impact sur plusieurs bio-agresseurs, telles que la réduction de la fertilisation azotée ou l’optimisation de l’espacement entre les laitues, qui pourraient permettre une meilleure gestion des pathogènes responsables de la pourriture du collet et des pucerons. / The reduction of pesticide reliance in lettuce cropping systems is a short term objective sharedby public authorities and by the stakeholders of lettuce market. Reaching this goal implies thesubstitution of pesticides by others techniques which may limit pest and pathogen damage. Thesetechniques can be intended to mitigate pest and pathogen invasion or propagation, to increaseplant defenses or to remove pests and pathogens from the crop. The improvement of currentcropping systems relies on i) the demonstration of the ability of alternative techniques to managediseases and pests when they are combined and integrated during the crop cycle; ii) theassessment of the socio-economic and environmental impacts of alternative strategies in a stringentcommercial and regulatory context. The objective of this thesis was to design alternativestrategies for pest and pathogen management of lettuce grown in winter under shelter, with fewerpesticide applications, and to assess their agronomic, economic and environmental performancesso as to ensure the sustainability of production.Based on currently available techniques, two alternative strategies, called intermediate andlow-input, were designed, and tested in two farms and an INRA experimental station duringtwo winters and compared to a conventional strategy representing current practices. The alternativestrategies enabled to reduce pesticide applications by 32% and 48% respectively. Theywere efficient enough to obtain similar yield and quality as compared to the conventional strategy.The environmental benefits of their implementation were also demonstrated. However, thesestrategies required a 10-13% extra production costs, almost exclusively due to biological controlproducts.In parallel, two original technical orientations, which efficacy had not been previously described,were examined. In a first set of experiments, the impact of lettuce genotype and growthconditions on plant susceptibility to two major pathogens, Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum,was investigated. The use of a genotype displaying low susceptibility to these fungi,associated with an optimization of the ratio of fructose : sucrose in plants, appeared to reducethe symptoms after inoculation. A second experimental approach, dealing with biological controlagainst the aphid Nasonovia ribisnigri, highlighted the inability of Aphidius parasitoids tocontrol aphid populations at the end of the crop cycle, when the canopy structure becomes toocomplex.In addition to a contribution to cropping systems improvement, the scientific method used,combining analytical and integrative approaches enabled us to highlight the effect of techniquesacting on several pests and/or pathogens, such as the reduction of nitrogen fertilization or theoptimization of plant spacing, which could improve the management of fungi causing basal rotas well as aphids.