Lebanon is situated in a Mediterranean semi-arid region rich in hydraulic resources but strongly under the impact of anthropogenic pressure, mainly after the industrial boost in the last 50 years. In this thesis our research is devoted to the study of water resources and the assessment of soil pollution in two contrasting watersheds that may resemble similar regions in the world. Rivers act as a collective funnel of contaminants derived from rock weathering, industrial, agricultural and urban practices. Thus we focus our study on the two main contrasting watersheds in Lebanon: an industrially dominated watershed located northwest of the country on the Mediterranean coast (Al Jouz basin), and a rural historically agricultural watershed that lies in the continental valley between the two mountainous chains (Litani basin). Geochemical analysis coupled to multi-isotopic applications was used as tools to investigate the collective influence of land-use cover, geomorphological processes, topography, soil type, geology, geography, orography, climate, and hydrological variability on drainage basin evolution. A two-year sampling strategy was followed (2011-2013) to collect not only water samples at various depths in the reservoir and in the piezometers, but also sediments (lacustrine, riverine and coastal) and soils (surficial and cores) to cover seasonal variations (rainy, first flush and dry seasons) in both studied areas. The results highlight the entire mechanism of characterization, origin, and partitioning between the dissolved and particulate phases of pollutants. Furthermore, the environmental implication of the Qaraaoun reservoir was assessed by emphasizing water hydrodynamics and its interaction with the watershed. Characterizing industrial and agricultural pollution allows the understanding of metal behavior and the prediction of its fate, in association with the environmental receiving media in semi-arid and Mediterranean areas. This work was the first to trace pollution sources and to reconstruct the metal fluxes in two of the most environmentally significant watersheds in the country. Stable and radioactive Pb isotopes were used in addition to 137Cs to study the geomorphological influence and the chronology of the environmental stress exerted by the factory and the dam on basin ecology. Moreover, the nature of the Qaraaoun reservoir and the internal hydrological dynamics were explored using stable hydrogen and oxygen isotopes to delineate the reservoir water layers and its fast response to meteorological and hydrodynamic changes in the watersheds, and to demonstrate its strong hydrological connectivity with groundwater. Reservoir water balance was made, indicating groundwater influx into the reservoir which was reported for the first time. The water hydrodynamics was also assessed using a box model, which in its role can be used to evaluate the reservoir water balance and hydro-project functionality and to establish the basis for water sustainability in the long term. This work has yielded a better understanding of biogeochemical processes under different environmental conditions. The treated issues in this thesis will provide a foundation for future hydropower projects and allow one to draw a road-map for national management plans, and to raise the alert for remediation processes and management methods to preserve the environment and resource sustainability, and ultimately the wellbeing of the local population.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le soufre est présent dans les systèmes pétroliers à la fois sous forme organique et minérale. Il est impliqué dans de nombreuses réactions d'oxydoréduction qui affectent la qualité des huiles (par des réactions de sulfuration ou de désulfuration) et du gaz naturel (par la génération de H2S en contexte de réduction thermochimique des sulfates), ainsi que la porosité des roches réservoirs (par la dissolution de l'anhydrite ou la précipitation de soufre élémentaire ou de pyrobitume). Ces réactions sont gouvernées par la température (et dans une moindre mesure la pression), les conditions d'oxydoréduction et la composition chimique globale du système. La thèse comporte trois parties : (1) une étude thermodynamique des réactions chimiques impliquant le soufre dans les bassins sédimentaires ; (2) une étude expérimentale des réactions de sulfuration et de désulfuration des composés organiques ainsi que de la réduction thermochimique des sulfates; (3) une étude pétrographique et d'inclusions fluides sur des échantillons d'un réservoir carbonaté du bassin Pré-Caspien / Sulfur occurs in petroleum systems as both organic compounds and minerals as well as under different oxidation states. It is involved in a number of redox reactions which may impact the quality of crude oils (through sulfurization or desulfurization reactions) and natural gas (through the generation of H2S during thermochemical sulfate reduction), as well as the petrophysical properties of reservoir rocks (through the dissolution of anhydrite and the precipitation of elemental sulfur and pyrobitumen). These reactions are controlled by temperature (and to a lesser extent pressure), the redox conditions, and the overall chemical composition of the system representing the petroleum reservoir. The thesis consists of three parts: (1) a thermodynamic study of chemical reactions involving sulfur which occur in sedimentary basins; (2) an experimental simulation of sulfurization and desulfurization reactions of organic compounds, as well as of thermochemical sulfate reduction; and (3) a petrographic and fluid inclusion study of carbonate rock samples from a sulfur-rich hydrocarbon reservoir of the northern Caspian Sea

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Dans un contexte où les changements climatiques se manifestent sous forme de phénomènes climatiques extrêmes tels que des sècheresses prolongées et des précipitations abondantes soudaines, la question de la texture des sols urbains et de la protection des sources d’eau fait l’objet de nouvelles préoccupations en matière de planification urbaine. Alors que la régulation et la filtration de l’eau de ruissèlement sont restreintes par l’imperméabilité des surfaces urbaines, plusieurs métropoles, dont São Paulo, peuvent se retrouver en situation de crises dues à l’indisponibilité de l’eau potable, aux inondations subites ou à la création d’îlots de chaleur. L’efficacité de la gouvernance environnementale appliquée à la gestion des eaux en milieu métropolitain devient donc primordiale. Par une étude de cas de la métropole de São Paulo, la présente recherche tente d’élucider les facteurs rendant possible l’atteinte d’un modèle de gouvernance environnementale métropolitain qui permettrait de maintenir les fonctions écosystémiques des bassins versants et de construire la résilience à la variabilité climatique. La stratégie d’enquête, basée sur l’analyse de documents scientifiques et gouvernementaux, l’observation participante et la tenue d’entretiens semi-dirigés, permit de soulever plusieurs obstacles à l'application des politiques publiques de protection des espaces verts et des sources d’eau. La carence de maîtrise de l’usage des sols, la priorisation des intérêts économiques, la sectorisation des instances gouvernementales et la faible intégration de la société civile au processus de prise de décision surgissent comme d’importants freins à la construction d’une gouvernance environnementale à São Paulo. La considération des savoirs scientifiques et locaux et la gestion du risque lié à la variabilité climatique sont marginalisées par la sphère politique. Ainsi, la présence d’une vaste législation environnementale, telle qu’en vigueur dans la métropole de São Paulo, ne signifie pas forcément une application des projets et des règlements sans faille. / In a context where climate changes are manifested by extreme climatic events such as prolonged droughts and sudden abundant rainfall, the issue of urban soil texture and water protection is a new concern in urban planning. While the regulation and filtration of runoff water is restricted by the impermeability of urban surfaces, several cities, including São Paulo, may end up in crisis due to the unavailability of drinking water, floods or creation of heat islands. The effectiveness of environmental governance applied to water management in metropolitan areas therefore becomes paramount importance. Through a case study of the metropolis of São Paulo, this research attempts to elucidate the factors that make it possible to achieve a metropolitan environmental governance that would maintain watersheds ecosystem functions and build resilience to climate variability. The research strategy, based on the analysis of scientific and governmental documents, participant observation and semistructured interviews, shows several obstacles to the application of public policies for the protection of green spaces and water sources. The lack of control over land use, the prioritization of economic interests, the governmental sectoralization and the weak integration of civil society into the decision-making process appear as major obstacles to the construction of environmental governance in São Paulo. Scientific and local knowledges and climate risk management are marginalized by the political sphere. Thus, the presence of a vast environmental legislation, as in place in the metropolis of São Paulo, does not necessarily mean an unfailing application of projects and regulations.

La modélisation intégrée du système d’assainissement urbain offre la flexibilité nécessaire pour développer des solutions qui bénéficient le plus au système global, en mettant l'accent sur la quantité et la qualité de l'eau, Les modèles intégrés offrent des avantages par rapport aux modèles traditionnels des sous-systèmes individuels en facilitant l’analyse efficace des interactions entre ces différents systèmes individuels (c.-à-d. les bassins versants, les égouts, les stations d’épuration et les eaux réceptrices) dans une seule plateforme de modélisation. La complexité réduite de ce type de modèle diminue le fardeau de calcul par rapport à leurs homologues détaillés, ce qui permet une plus large gamme d'évaluations telles que l'analyse de scénarios, l'optimisation par contrôle en temps réel et l’analyse d'incertitude par approche Monte Carlo. Le potentiel de créer ces types de modèles intégrés représentatifs a été démontré dans de multiples études, mais les méthodes existantes pour développer ces modèles ne sont pas bien établies ni bien documentées et nécessitent donc un grand effort pour chaque nouveau cas d’étude. De plus, l'absence d'une méthode standardisée pour représenter la partie du modèle qui simule la quantité d'eau limite l'application de ces modèles pour des études de qualité de l'eau. Bien que la recherche soit nécessaire pour développer et optimiser toutes les méthodologies impliquées dans le développement de modèles intégrés de systèmes d'eaux usées urbaines, ce projet se concentre sur les modèles conceptuels simplifiés des bassins versants et des égouts pour la quantité d'eau. L'objectif de cette étude était de développer une procédure structurée pour traduire des modèles hydrologiques et hydrauliques détaillés en modèles conceptuels simplifiés utilisés dans la modélisation du système intégré des eaux usées urbaines. L'objectif était d'améliorer la répétabilité, la flexibilité et l'efficacité de l'approche générale, indépendamment de la plateforme de modélisation choisie. Cette tâche a été réalisée en extrayant les principales étapes et considérations tout en construisant deux modèles conceptuels simplifiés d'une étude de cas au centre d'Ottawa, au Canada. La partie urbaine centrale (6 400 ha) d'un modèle détaillé PCSWMM de la Ville d'Ottawa, contenant une combinaison d'égouts séparés, partiellement séparés et combinés, a été utilisée comme modèle de référence dans cette étude de cas. La tâche principale consistait à déterminer comment traduire ce modèle détaillé en modèle conceptuel simplifié de manière structurée, systématique et répétable en utilisant WEST comme plateforme. La procédure développée suit une séquence similaire à celle des protocoles examinés dans la revue de la littérature, tout en tenant compte des spécificités liées à l'agrégation des bassins versants et des égouts. Les quatre phases principales sont la définition du projet, le développement du modèle, la calibration et la validation. Deux versions du modèle conceptuel ont été créées : le premier a d'abord été créé avec un certain niveau d'agrégation, tandis que le deuxième était plus agrégé que le premier modèle, avec environ la moitié du nombre de bloques et de réservoirs. Les deux modèles ont été calibrés et comparés au modèle détaillé. Les résultats des simulations ont montré que le volume total et la dynamique des débits calculés par les modèles conceptuels ont bien émulé ceux du modèle détaillé (< < 10% de différence), tout en fournissant une réduction significative du temps de calcul (10 à 80 fois). La réduction du temps de simulation pour le modèle le plus agrégé n'était pas équivalente au niveau d'agrégation augmentée, principalement parce qu’il y a une quantité de code qui est présente dans les deux codes et prend donc le même temps de calcul. Comme généralement anticipé, des différences plus grandes, mais acceptables, ont été observées en validation. Ces différences ont été attribuées à plusieurs facteurs, tels que le manque de calibration avec des données sur une période longue, les représentations simplifiées des structures spéciales, les différences entre les mécanismes utilisés dans les modèles détaillés et conceptuels pour représenter le durée de pluie, et la configuration du code de modèle. Dans l'ensemble, la validation a été une réussite étant donné que la calibration a été effectuée à l'aide d'événements de courte durée alors que la validation a utilisé une longue série de données. En général, la procédure conçue a permis de réduire le travail manuel associé à la construction d'un modèle et à bien structurer la façon de construire des modèles conceptuels. Des connaissances pour chacune des différentes phases de modélisation ont également été acquises tout au long du processus du développement des deux modèles. Dans la phase ‹‹ Définition du projet ››, les objectifs du modèle conceptuel ont guidé la méthode de développement et de calibration du modèle. Les bassins versants et les égouts ont été délimités simultanément dans la phase de ‹‹ Développement du modèle ››, tout en tenant compte des emplacements des structures hydrauliques clés, des pluviomètres et des structures de débordement. La phase de ‹‹ Calibration ›› a permis l'avancement le plus systématique étant donné qu'un bon ordre de calibration a été défini et un ensemble limité de paramètres a été ciblé pour chacune des étapes de calibration. La phase de ‹‹ Validation ›› s'est révélée essentielle pour repérer des lacunes dans les hypothèses de base et les valeurs calibrées, afin de déterminer si le modèle est prêt à être utilisé ou doit être modifié. Une procédure efficace et structurée qui traduit les représentations des bassins versants urbains et des égouts de modèles détaillés en modèles intégrés conceptuels a été développée et appliquée avec succès à une étude de cas. Comme démontré dans ce projet, l'application de la procédure structurée mènera au développement efficace de modèles intégrés représentatifs, ce qui augmentera leur utilisation potentielle pour tester des scénarios réalistes. Pour raffiner et améliorer la procédure formulée, il est recommandé de l'appliquer à d’autres études de cas. / Modelling urban wastewater networks within integrated systems, focusing on both water quantity and quality, introduces flexibility to develop solutions with greatest benefit to the overall system. Integrated models provide benefits over traditional single sub-system models by facilitating efficient analysis of interactions between the individual components of urban water systems (i.e. catchments, sewers, treatment plants, and receiving waters) within a single modelling platform. The reduced complexity of this type of model decreases the computational burden compared to their detailed counterparts. This allows for a wider range of assessments such as scenario-testing, RTC optimization, and Monte Carlo uncertainty analyses. The potential to create these types of representative integrated models was proven in multiple studies, however, the current methods to develop these models are not well-established nor well documented, and therefore require significant work for each case study. Furthermore, the lack of a standardized method to represent the water quantity portion limits the wide-scale application of such models for water quality studies. Although research is required to further develop and optimize all methodologies involved with building Integrated Urban Wastewater System (IUWS) models, this project focuses on the simplified catchment and sewer conceptual models for water quantity. The objective of this study was to develop a structured procedure to translate detailed hydrologic and hydraulic models into the simplified conceptual models used in IUWS modelling. The aim was to improve repeatability, flexibility and efficiency of the general approach, regardless of chosen modelling platforms. This task was achieved by extracting the key steps and considerations while building two simplified conceptual models of a case study in central Ottawa, Canada. The central urban portion (6,400 ha) of a calibrated detailed PCSWMM model of the City of Ottawa, containing a mix of separated, partially-separated and combined sewer areas, was used as the reference model in this case study. The main task involved determining how to translate this detailed model into simplified conceptual models, using WEST as the platform, in a structured, systematic and repeatable way. The resultant developed procedure follows a similar sequence as the protocols reviewed in the literature review, while taking into consideration specifics related to aggregating catchments and sewers. The four main phases of this thesis are Project Definition, Model Development, Calibration and Validation. Two versions of the lumped model were created; the first was created with a certain level of aggregation, while the second was a further aggregation of the first model, resulting in about half the number of blocks and reservoirs. Both models were calibrated and compared to the detailed model as well as to each other. The simulation results showed that the volume and dynamics (ie. the shape of the hydrographs) of the conceptual models emulated those of the detailed model well (< < 10% differences), while providing a significant reduction in simulation-time speed-up (10 to 80 times faster than the detailed model). The simulation time reduction in the more aggregated model was not equivalent to the increased level of aggregation, mostly due to the fixed amount of basic calculation required in each model. As generally expected, larger but acceptable differences were found during the validation period compared to the calibration period. These differences were attributed to several factors, such as the lack of a long-time series calibration, oversimplified representations of special structures, the different mechanisms in the detailed and conceptual models used to represent wet weather flow, and the configuration of the model code. Overall, the validation was successful given the fact that the calibration was performed using events whereas the validation used an extended time series of 45 days. In general, the devised procedure helped reduce the manual labour associated with building a model and structured the approach to build the conceptual models. General findings from the various identified phases were also documented throughout the model building process. In the Project Definition phase, the conceptual model’s objectives guided the method of model development and calibration. The catchments and sewers were delineated concurrently in the Model Development phase, while taking into consideration the locations of the key hydraulic structures, raingauges and overflows. The Calibration phase allowed for the most systematic advancement of the model build, given that a good calibration order was defined and a limited set of parameters was targeted in each successive run. The Validation phase proved critical in pinpointing deficiencies in the initial assumptions and calibrated values, thus determining whether the model is ready for use or needs to be modified through one of the preceding phases. An efficient and structured procedure that translates catchment and sewer representations from detailed to conceptual models in IUWS was developed and successfully applied to a case study. As demonstrated in this project, applying the proposed structured procedure will lead to the efficient development of representative IUWS models, thus increasing their potential use to test real-life scenarios. To challenge and improve the formulated procedure, applying it to multiple case studies is recommended.

Le traitement des eaux usées par étangs aérés facultatifs est la méthode de traitement la plus répandue au Québec. Depuis l’adoption du ROMAEU (Règlement sur les ouvrages municipaux d’assainissement des eaux usées), plusieurs municipalités doivent faire une mise à niveau de leur station de traitement pour se conformer aux nouvelles normes de rejet, soit une concentration à l’effluent en MeS de 25 mg/L ainsi qu’une concentration en DBO5C de 25 mg/L. De plus, plusieurs stations ont, à ce jour, atteint leur vie utile et/ou leurs charges hydraulique ou organique sont dépassées. Ainsi, pour augmenter la capacité des étangs, quelques solutions ont été développées, dont le système KAMAKMC conçu par la compagnie Bionest, qui consiste en deux réacteurs à milieu fixe insérés dans un étang entre trois zones de décantation. Peu de données sont actuellement disponibles pour assurer une compréhension approfondie de ce procédé et de ses sous-systèmes. La présente étude consiste donc en l’analyse du comportement des boues au sein de cette nouvelle filière de traitement, principalement dans les zones de décantation. L’étude a été réalisée sur un système KAMAKMC installé dans le premier tiers de l’étang aéré de Grandes-Piles, en Mauricie. Le suivi de l’accumulation de boues a été effectué de mai 2016 à mai 2017 inclusivement, à raison d’une fois par mois. Les mesures ont été prises à l’aide d’une jauge à boues à différents points dans les zones de clarification. À titre de comparaison, des mesures avec un sonar ont été effectuées 3 fois durant la période du suivi (avril et octobre 2016 ainsi qu’en mai 2017). En parallèle aux mesures de hauteurs de boues, un échantillonnage a été effectué pour faire certaines analyses, dont les solides totaux (ST) et les solides totaux volatils (STV). De plus, une mesure de gaz in situ ainsi qu’en laboratoire ont été réalisées pendant la période estivale permettant de mieux caractériser la digestion anaérobie survenant dans ces zones de décantation. La température de l’eau durant la période de suivi a varié entre approximativement 2 °C et 22°C. Les taux d’accumulation trouvés pour Cl2 et Cl3 sont respectivement de 0,05m3an-1hab-1 et de 0,06m3an-1hab-1 . Par contre, la première zone de décantation possède un taux d’accumulation de boues annuel de 0. Cela suggère que l’aération fournie dans Cl1 limite l’accumulation de boues à 0,6m et que les solides primaires se déplacent vers Cl2 et Cl3. À partir du ratio STV/ST, il a été possible de remarquer qu’en température froide, le ratio était plus élevé dans les zones de décantation, tandis qu’en température chaude ce ratio était diminué. Pour la récolte de gaz in situ, des valeurs de 18 LCH4m-2d -1 et 4 LCH4m-2d -1 ont été trouvées dans ces deux zones et ils étaient composés de 62,8% de méthane en moyenne et 1,4% de CO2. Le peu de gaz carbonique est probablement attribuable à une solubilisation du gaz dans l’eau sous-jacente au montage de récolte de gaz. / In Quebec, wastewaters are mostly treated with aerated facultative lagoons. Since the adoption of the Regulation respecting municipal wastewater treatment works, many municipalities need to upgrade and improve their wastewater treatment station to comply with the new requirements, which are a concentration of suspended solids (SS) less than or equal to 25 mg/L and a concentration of the 5-day carbonaceous biochemical oxygen demand (CBOD5) less than or equal to 25 mg/L. Moreover, many stations have arrived at the end of their operating life expectancy and other stations have even exceeded their organic loads or flowrate loads. One solution that would help these municipalities would be to improve these stations with the new KAMAKMC technology developed by Bionest. This new technology incorporates two reactors containing BIONEST® inert media placed directly in a lagoon, between three clarification zones. At this time, there is a lack of technical data to ensure a good understanding of the KAMAKMC system. The aim of the present study is to characterize sludge accumulations in this new technology, especially in the clarification zones. Tests were conducted with a KAMAKMC system installed in the first third of an aerated lagoon belonging to the municipality of Grandes-Piles, in province of Québec. Between May 2016 and May 2017, measurements of sludge accumulations are taken monthly with a sludge judge in the clarification zones. To compare these measurements, sonar testing is taken 3 times during the year (April and October 2016 and May 2017). Sludge samples are taken during the year to measure total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS). Moreover, gas sampling equipment sits over the lagoon to retrieve samples during the summer months of 2016, to allow a better characterization of anaerobic digestion in the zones. Water temperature during this follow up was between 2°C and 22°C. The sludge accumulation rate in the second and the third clarification zones were 0,05m3y -1hab-1 et de 0,06m3y -1hab-1 . In fact, the first clarification zone had a sludge accumulation rate of 0. This indicates that aeration in the first zone was high, restraining the sludge accumulation to a value of 0,6m and that primary solids were probably displaced in the next two clarification zone due to excessive aeration. The VSS/TSS ratio indicates that in cold temperature, the ratio was constant in every zone, while during the summer months a lower ratio was observed. Values of 18 LCH4m-2d -1 and 4 LCH4m2d -1 in Cl2 and Cl3 were found with the gas collector on the lagoon. Average methane concentrations in the gas collector were 62,8% and 1,4% of CO2. The low percentage of CO2 might be caused by the gas solubilization in the water.

Au Québec, l'eau trouve une attention particulière depuis la dernière décennie avec la mise en place de la Politique nationale de l'eau mise en oeuvre par le gouvernement du Québec, en 2002. Cette politique s'inscrivant selon les principes de nouvelle gouvernance modifia visage de la gestion de l'eau au Québec en instituant graduellement une gestion intégrée par bassin versant sur le territoire québécois. La recherche s'intéresse aux organismes chargés de cette question qui, malgré les problèmes reliés à la Politique nationale de l'eau, réussissent à instituer une table de concertation menant à une gestion intégrée de l'eau. Le mémoire présente les résultats d'une récente enquête menée auprès des acteurs membres de deux organismes de bassin versant. Au total, 27 entretiens ont été réalisés dans le cadre de cette étude dont l'objectif était de saisir, à l'intérieur d'entretiens semi-dirigés, les particularités institutionnelles de chacun des organismes. Deux types de gouvernance sont apparus ; l'une axée sur la conservation et l'autre sur la réhabilitation.

"Thèse en cotutelle, doctorat en génie des eaux: Université Laval Québec, Canada Philosophiae doctor (Ph.D.) et Institut national polytechnique de Toulouse, Toulouse, France, Docteur." / La gestion intégrée de la ressource en eau implique de distinguer les parcours de l’eau qui sont accessibles aux sociétés de ceux qui ne le sont pas. Les cheminements de l’eau sont nombreux et fortement variables d’un lieu à l’autre. Il est possible de simplifier cette question en s’attardant plutôt aux deux destinations de l’eau. L’eau bleue forme les réserves et les flux dans l’hydrosystème : cours d’eau, nappes et écoulements souterrains. L’eau verte est le flux invisible de vapeur d’eau qui rejoint l’atmosphère. Elle inclut l’eau consommée par les plantes et l’eau dans les sols. Or, un grand nombre d’études ne portent que sur un seul type d’eau bleue, en ne s’intéressant généralement qu’au devenir des débits ou, plus rarement, à la recharge des nappes. Le portrait global est alors manquant. Dans un même temps, les changements climatiques viennent impacter ce cheminement de l’eau en faisant varier de manière distincte les différents composants de cycle hydrologique. L’étude réalisée ici utilise l’outil de modélisation SWAT afin de réaliser le suivi de toutes les composantes du cycle hydrologique et de quantifier l’impact des changements climatiques sur l’hydrosystème du bassin versant de la Garonne. Une première partie du travail a permis d’affiner la mise en place du modèle pour répondre au mieux à la problématique posée. Un soin particulier a été apporté à l’utilisation de données météorologiques sur grille (SAFRAN) ainsi qu’à la prise en compte de la neige sur les reliefs. Le calage des paramètres du modèle a été testé dans un contexte differential split sampling, en calant puis validant sur des années contrastées en terme climatique afin d’appréhender la robustesse de la simulation dans un contexte de changements climatiques. Cette étape a permis une amélioration substantielle des performances sur la période de calage (2000-2010) ainsi que la mise en évidence de la stabilité du modèle face aux changements climatiques. Par suite, des simulations sur une période d’un siècle (1960-2050) ont été produites puis analysées en deux phases : i) La période passée (1960-2000), basée sur les observations climatiques, a servi de période de validation à long terme du modèle sur la simulation des débits, avec de très bonnes performances. L’analyse des différents composants hydrologiques met en évidence un impact fort sur les flux et stocks d’eau verte, avec une diminution de la teneur en eau des sols et une augmentation importante de l’évapotranspiration. Les composantes de l’eau bleue sont principalement perturbées au niveau du stock de neige et des débits qui présentent tous les deux une baisse substantielle. ii) Des projections hydrologiques ont été réalisées (2010-2050) en sélectionnant une gamme de scénarios et de modèles climatiques issus d’une mise à l’échelle dynamique. L’analyse de simulation vient en bonne part confirmer les conclusions tirées de la période passée : un impact important sur l’eau verte, avec toujours une baisse de la teneur en eau des sols et une augmentation de l’évapotranspiration potentielle. Les simulations montrent que la teneur en eau des sols pendant la période estivale est telle qu’elle en vient à réduire les flux d’évapotranspiration réelle, mettant en évidence le possible déficit futur des stocks d’eau verte. En outre, si l’analyse des composantes de l’eau bleue montre toujours une diminution significative du stock de neige, les débits semblent cette fois en hausse pendant l’automne et l’hiver. Ces résultats sont un signe de l’«accélération» des composantes d’eau bleue de surface, probablement en relation avec l’augmentation des évènements extrêmes de précipitation. Ce travail a permis de réaliser une analyse des variations de la plupart des composantes du cycle hydrologique à l’échelle d’un bassin versant, confirmant l’importance de prendre en compte toutes ces composantes pour évaluer l’impact des changements climatiques et plus largement des changements environnementaux sur la ressource en eau. / Integrated water resource management requires distinction between water paths that are directly available for society and those which are not. Water pathways, from precipitation to the oceans or the atmosphere, are highly variable from one place to another. The complexity of water pathways can be simplified by focusing on two main categories of water resources: blue water, which is the stock and flow moving into the hydrosystem that is directly available (e.g. rivers, lakes, aquifers and groundwater flow), and green water, which is the invisible flow of water vapor leaving the hydrosphere to the atmosphere. The latter includes the water used by forests, grasslands, rain fed crops, and the water in soils. However, many hydrological studies focus only on blue water, particularly the discharge or more rarely the ground water recharge, ignoring all green water components, therefore missing the overall picture. At the same time, climate change highlighted in recent years have been found to impact water pathway distributions by affecting different components of the hydrological cycle at the watershed scale. The study presented here exploits the SWAT hydrological model to assess the variation of different components of a hydrosystem facing climate change. The study area is the watershed of the Garonne River, where data is available. The first part of this work focused on refining the implementation of the model in order to better tackle the problem at hand. Particular attention has been paid to the use of gridded weather data (SAFRAN product) as well as to the simulation of snow present in the mountainous portion of the watershed. Calibration of the model parameters was tested through a differential split sampling method, based on calibration and validation using climatically contrasted periods, in order to test the robustness of the model. These steps led to a substantial improvement in the simulations performance over the calibration period (2000-2010) and demonstrated the robustness of the model within a climate change context. The improved SWAT model was next used to produce simulations over a hundred-year period (1960-2050), an analysis carried out in two steps: First, the past period (1960-2000) simulation, based on observed climatic data, was used to validate discharge simulations for which very good performance was obtained. Analysis of the different components of the hydrological cycle showed a strong impact on flows and stocks of green water, with a reduction of the water content in soil and a substantial increase in evapotranspiration. Blue water is mostly impacted in terms of snow stock and discharge flow, which both showed a substantial decrease. Secondly, hydrological projections were performed (2010-2050) based on a selection of climate scenarios and models, submitted to dynamic downscaling. Analysis of these projections partly confirmed the conclusions drawn from the historic period: i.e. a substantial impact on green water, with a decrease of the soil water content and an increase of potential evapotranspiration. The projections also revealed that the soil water content during the summer season is such that it reduces the actual evapotranspiration, highlighting possible future deficits of green water stocks. Furthermore, if the analysis of blue water components always presented a substantial decrease in the snowpack, discharge appears to increase during autumn and winter periods. These results indicate an "acceleration" of blue surface water components which is likely related to an increase in extreme rainfall events. In this study, an analysis of the variation of the main hydrological cycle components have been proposed at a watershed scales, confirming the importance of taking into account all these components to evaluate the climate change impact and more broadly environmental changes on water resources.

Les changements attendus dans le climat, dont l'augmentation de l'intensité des événements extrêmes, risquent d'entraîner une diminution du niveau de service des réseaux de drainage. Dès lors, des mesures d'adaptation doivent être mises en place afin de maintenir un niveau de service acceptable en climat futur dans un contexte de changements climatiques. Dans cette étude, le climat futur a été modélisé en considérant une augmentation de 15% de l'intensité des pluies de conception de type SEA et triangulaire pour les périodes de retour 2, 5, 10 et 20 ans à l'horizon 2040 - 2070. Le présent mémoire rend compte des résultats de simulation, à l'aide du logiciel SWMM 5.0, concernant l'évolution des performances en climat futur de deux secteurs urbains (un réseau unitaire et un réseau pluvial) par différents indices soit les indices inondation, infiltration, volume de surverse et volume à l'usine pour le réseau unitaire et les indices inondation, infiltration, ruissellement et débit de pointe à l'exutoire pour le réseau pluvial. Les résultats ont montré, pour le réseau unitaire, une augmentation des volumes de surverse pour toutes les périodes de retour en climat futur (par exemple, une augmentation de 19% a été notée pour une pluie de récurrence 10 ans). La mise en place de mesures d'adaptation sur ce réseau, telles le contrôle à la source et la rétention, a ensuite été analysée et a montré son efficacité dans l'amélioration des performances. Ainsi, les mesures de contrôle à la source se sont révélées efficaces pour des périodes de retour 2 ans et complémentaires au bassin de rétention en permettant une réduction de 7% de son volume de conception. Par ailleurs, il a été démontré qu'une faible capacité de traitement de l'usine ne permettait pas aux mesures de rétention de montrer leur plein potentiel. Pour le réseau pluvial, les changements climatiques se sont avérés avoir un impact plus important sur le débit de pointe que les conditions antérieures d'humidité.

L'évolution tectonique de l'avant-pays de la chaîne alpine de Tunisie comporte une étude paléotectonique et néotectonique qui utilise la Méthode de l'Inversion des données sur les systèmes de failles (Carey & Brunier 1974; Carey 1976) afin de définir les champs de contraintes régionaux à différentes époques. L'étude microtectonique des failles contemporaines de la sédimentation (failles synsédimentaires) a permis de mettre en évidence la succession des états de paléo-contraintes au cours du Mésozoïque et du Cénozoïque. Ainsi, ont été reconnu avec une bonne cohérence : -Au Permo-carbonifère, une extension NE-SW (failles normales E-W et NS et les grabens NW-SE) -Au Trias, une extension NE-SW (Horsts, grabens et demi-grabens NW-SE) -Au Jurassique, une extension N-S (Failles normales proches de E-W) -Au Néocomien-Barrémien, extension NE-SW (Horsts et des grabens NW-SE) -Au cours de l'Albo-Aptien, une compression proche de E-W (paléo-anticlinaux N20E) -Au Vraconien-Cénomanien inférieur, une extension NE-SW (failles normales NE-SW) -Au Cénomanien supérieur, une compression locale proche de E-W (Failles inverses subméridiens) -Au Coniacien-Santonien, une compression locale proche de N-S (décrochements conjugués) -Au Campanien, une distension NE-SW (failles normales NW-SE) -Au Paléocène supérieur-Eocène, une compression NW-SE (paléo-plis et failles inverses NE-SW) -A l'Oligocène, une extension proche de NE-SW (failles normales et grabens NW-SE ) -Au Langhien-Serravallien, une extension ENE-WSW (failles normales et grabens N120 à N140 E). Ces épisodes paléo-tectoniques sont associés à des montées diapiriques et/ou volcaniques. Au cours du plissement tortonien (" phase atlasique "), les failles normales anciennes proches de E-W et N-S sont réactivées en décrochements E-W dextres et N-S sénestres. Ce système de décrochements engendrent des plis en échelon et découpe l'Atlas tunisien selon les réseaux de décrochements de Riedel de Types D, R, R'. Un essai de zonation tectonique néogène a permis de dégager les variations spatiales du régime tectonique à différentes époques du Langhien-Serravallien, Tortonien et Messinien-Pliocène. L'étude néotectonique et sismotectonique a permis de mettre en évidence une succession des états de contraintes du Pléistocène à l'Actuel, avec : -Au Villafranchien (Pléistocène inférieur) une phase de plissement (NW-SE à NNW-SSE) donne des plis dans les bassins molassiques, le Sahel et sur les bordures des décrochements majeurs E-W et N-S. -Au Pléistocène supérieur, la compression NW-SE à N-S se poursuit avec des failles inverses dans le Nord et un système de décrochements E-W dextres et N-S sénestres dans l'Atlas et le Sahel. A partir des données de la sismicité et de l'archéosismicité, une zonation sismotectonique a été proposée. Elle permet de distinguer deux (2) grandes provinces de déformations actuelles : une province à déformation compressive à décrochante-compressive, localisée dans la zone de collision du Nord du pays et une province à déformation distensive à décrochante distensive, située dans le domaine de l'intra-plaque de l'avant-pays (Atlas central et méridional).