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Hydrologie et dynamique hydroécologique des cours d'eau
Authors: Malavoi J. , Souchon Y. 
Published: July 2012

La dynamique écologique des cours d'eau est fortement liée à leur régime hydrologique qui en façonne la structure morphologique à l'occasion de crues caractéristiques mais qui en rythme également l'habitat physique quotidien. L'hydrologie joue aussi un rôle majeur dans la modulation saisonnière des caractéristiques thermiques et chimiques, autres paramètres abiotiques fondamentaux.
Deux exemples concrets pris dans un cours d'eau alpin, la Séveraisse, démontrent l'intérêt d'une étroite connexion entre l'hydrologie et l'hydroécologie.
La quantification de l'habitat des poissons repose sur la méthode des microhabitats dont les principes ont été définis par l'US Fish and Wildlife Service (Instream Flow Incremental Melhodology, USA, Fort Collins, Colorado). Cette méthodologie combine une description détaillée de stations représentatives du cours d'eau par mesure puis modélisation hydraulique des paramètres de l'habitat tels que la hauteur d'eau, la vitesse du courant et le substrat avec des modèles de préférence de localisation des poissons à différents stades vitaux. Des valeurs d'habitat potentiel par stade vital pour les différentes espèces étudiées (ici la truite Fano, Salmo frutta fario) sont calculées pour différents débits.
Des chroniques hydrologiques de qualité sont par conséquent nécessaires pour analyser la dynamique de l'habitat et en reconstituer l'historique.
Les faibles débits lors des étiages estivaux correspondent souvent à un habitat limitant pour l'adulte de truite.
D'autres épisodes hydrauliques critiques peuvent aussi exister. Ce fut le cas d'une crue sévère de 7D m3/s sur la Séveraisse dont l'effet biologique a pu être évalué : iode diminution de la densité et de la biomasse de truite, structure de taille désorganisée.
Ces deux exemples soulignent l'importance des données hydrologiques en hydroécologie. Les évènements exceptionnels, les épisodes structurants, les étiages, le rythme saisonnier des débits définissent la variabilité spatiale et temporelle de l'environnement aquatique, qu'il faut ensuite relier à la dynamique biologique des hydrosystèmes.
Enlèvement de la matière organique dans les filtres CAB
Authors: Merlet N. , Premost M. , Merlet Y. , Coallier J. 
Published: July 2012

Cet article présente les résultats d'une étude sur le traitement par filtration sur charbon actif biologique (CAB), utilisé en usine de production d'eau potable en second étage de filtration, en aval d'une étape d'ozonation. L'objectif principal de cette étude était de caractériser la matière organique bioéliminée au cours de la filtration sur charbon actif afin d'obtenir une meilleure compréhension de l'abattement du carbone organique dissous (COD) et de la demande en chlore par ce procédé. Le carbone organique dissous biodégradable (CODB) éliminé au cours de ce traitement peut être corrélé à l'abattement de la demande en chlore et ce CODB présente une réactivité au chlore supérieure à celle du carbone organique réfractaire.
Le couplage de techniques d'ultrafiltration au suivi des différentes fractions en cours d'incubation en batch pendant 35 jours avec un inoculum de bactéries indigènes libres, permet de préciser la nature des molécules susceptibles d'être bioéliminées et d'appréhender leur impact sur la demande en chlore de l'eau issue du traitement biologique. La nature de la matière organique présente dans l'eau en amont des filtres varie considérablement au cours de l'année; ainsi, en été, une augmentation importante de la fraction de molécules de haute masse molaire (> 10000 daltons) est observée. La filtration biologique n'affecte pas de manière significative la répartition des différentes tailles de molécules et de petites molécules (< 1000 dallons) peuvent être difficiles à bioéliminer sur un filtre biologique.
Adsorption dynamique en phase liquide sur charbon actif : comparaison et simplification de différents modèles
Authors: Sahel, M. , Ferrandon-Dusart O. 
Published: July 2012

L'adsorption en phase liquide sur charbon actif est un sujet très travaillé sur le plan expérimental et de plus en plus dans le domaine de la modélisation. Les tentatives de description des courbes de percée ou de fuite des filtres montrant la saturation du matériau adsorbant remontent aux travaux de BOHART et ADAMS en 1920. D'autres équations avec d'autres approximations ont été proposées par la suite (THOMAS 1944 ; DOLE et KLOLZ 1946), HUTCHINS (1973) ; plus récemment, WOLBORSKA (1989) ou CLARK (1987) ont proposé d'autres modèles. Nous avons essayé de faire le point sur ces différents modèles, de montrer leurs origines communes, souvent à partir des équations de BOHART et ADAMS, les approximations apportées limitant leur domaine d'application, les grandeurs qu'ils permettent de déterminer : capacité maximum d'adsorption, constante cinétique d'adsorption, vitesse de déplacement du front d'adsorption. De tous ces modèles, un seul (CLARK 1987) permet une bonne représentation des courbes de percée. Nous en avons proposé une linéarisaüon qui facilite la détermination des paramètres nécessaires au calcul des courbes de fuite. Tous ces modèles ont été testés sur les résultats expérimentaux obtenus pour l'adsorption d'un tensioactif anionique : le décylsulfonate de sodium et ceci sur cinq petites colonnes de hauteurs différentes de charbon actif. Le modèle de CLARK a également été appliqué à des résultats obtenus au laboratoire (El HANI, 1987) sur l'adsorption et la dégradation biologique des acides humiques sur un filtre de charbon de 1m de haut, sur une période beaucoup plus longue (1 mois) et avec des lavages du filtre. Ce modèle permet de calculer la part qui n'est pas simplement de l'adsorption rapide (dégradation biologique et adsorption lente).
Étude et modélisation de la formation des dépressions piézométriques en Afrique sahelienne
Authors: Aranyossy J. F. , Ndiaye B. 
Published: July 2012

Parmi les différentes théories généralement considérées pour expliquer la formation et l'entretien des dépressions piézométriques régionales : surexploitation ; drainage profond ; tectonique subsidente ; réajustement du niveau marin ; reprise évapotranspiratoire, seule la dernière semble pouvoir s'appliquer à l'ensemble des cas décrits en zone sahélienne. Les études hydrogéologiques en cours dans cette région, et notamment les résultats des isotopes de l'environnement, mettent en effet en évidence le rôle prépondérent des transferts verticaux sur les écoulements latéraux.Le schéma conceptuel présenté est basé sur les hypothèses suivantes: considérant une nappe libre alimentée par ses bordures, en milieu à faible perméabilité ; (1) il existe, en tout point de la nappe, un déficit entre l'infiltration saisonnière et la reprise évapotranspiratoire ; (2) infiltration, évapotranspiration et déficit décroissent de façon exponentielle avec la profondeur de la nappe ; (3) la piézométrie actuelle est le résultat d'une évolution commencée depuis la fin d'une période humide correspondant au remplissage maximun de la nappe (dernier pluvial Holocène pour les grandes dépressions sahéliennes).Dans un premier temps, la validité de ce schéma est testée à l'aide d'un modèle analytique simple prenant en compte les caractéristiques climatiques (évolution temporelle du déficit hydrique), les propriétés hydrodynamiques (perméabilité, coefficient d'emmagasinement) et le « pouvoir évaporatoire » du sol (« facteur de forme » k). Ce dernier, expression principalement de la texture du terrain, apparaît logiquement comme le paramètre le plus sensible pour le modèle.Un modèle transitoire unidimensionnel est ensuite présenté afin de simuler la baisse piézométrique entre deux limites à potentiel constant. La surface piézométrique obtenue semble en accord avec les données observées sur le terrain.
Etude d'un réacteur aérobie à culture concentrée couplé à une séparation par micro ou ultra-filtration tangentielles sur membranes minérales. Première approche d'une application en dépollution
Authors: Lacoste B. , Drakidès C. , Rumeau M. 
Published: July 2012

La réduction de la pollution organique des eaux usées, urbaines ou industrielles, fait le plus souvent appel à des procédés biologiques anaérobies ou aérobies. Dans ce dernier cas, les procédés à boues activées sont parmi les plus courants mais nécessitent de grands volumes de bassins
Les bioréacteurs à membranes présentent l'avantage de la compacité et permettent l'obtention d'un effluent de très bonne qualité, constante, même à très forte charge.
Le système étudié ici est un bioréacteur faisant corps avec le module de filtration utilisé, avec injection d'oxygène dans la boucle, supprimant ainsi tout bassin conventionnel. Une eau usée synthétique y est traitée en aérobiose sur membranes minérales à une température de 30 °C, soit par ultrafiltration à 500 Å, soit par microfiltration à 0,2 µm.
Le problème de l'encrassement des membranes est étudié et certains de ses mécanismes en présence d'une biomasse concentrée sont mis en évidence. L'encrassement est évitable en utilisant un décolmatage à flux inverse et en pratiquant des purges de boues régulières. La qualité de l'effluent obtenu en sortie est en tout point comparable ou supérieure à celle d'une station à boues activées travaillant en aération prolongée. La comparaison n'inclut pas les aspects économiques, et la nitrification est incomplète.
Influence de l'origine et de la nature des substances humiques sur l'adsorption de l'atrazine sur charbon actif en poudre
Authors: Ayele J. , Fabre B. , Mazet M. 
Published: July 2012

Les essais d'adsorption sur charbon actif en poudre, de sept acides humiques (H) ou fulviques (F) et pour trois pH (5,6 ; 7,0 ; 8,8) marquent que ces acides ont un comportement différent suivant leur origine.
Lorsque le pH de la suspension de charbon est basique, l'adsorption des différentes fractions humiques diminue, ce qui est en relation avec l'augmentation de leur solubilité. Pour un même pH de la suspension, les acides humiques et fulviques d'origine aqueuse s'adsorbent mieux que ceux d'origine commerciale ou que ceux extraits de sol.
La capacité maximale d'adsorption de l'atrazine sur charbon actif en poudre : 260 mg.g-1 (Langmuir), est plus fortement diminuée en présence d'acides fulviques que d'acides humiques d'une part, et plus inhibée (jusqu'à 40 %) par les acides fulviques extraits d'eau (F1, F2) que par ceux extraits de sol (F3) d'autre part.
Par contre, les acides humiques provenant de substances commerciales (H4, H5) influencent moins l'adsorption de l'atrazine.
L'ensemble des essais montre que l'origine et la nature des substances humiques joue un rôle prépondérant sur l'adsorption de l'atrazine sur charbon actif, le pH ayant une influence limitée.
Enfin l'étude de l'influence de l'atrazine sur l'adsorption des substances humiques sur charbon actif en poudre indique également une différence de comportement entre les acides fulviques, pour lesquels on note peu de variation, et les acides humiques, pour lesquels on note à la fois une promotion de l'adsorption et une meilleure affinité d'adsorption sur le charbon actif en poudre en présence d'atrazine.
Ce travail met en évidence l'importance du choix des substances humiques pour des essais d'évaluation des interactions substances humiques - pesticides lors de l'adsorption sur charbon actif en poudre.
Étude préliminaire sur les échanges de phosphore à l'interface eau- sédiment au sein de la retenue d'Al Massira (Maroc)
Authors: Alaoui Mhamdi M. , Aleya L. , Rachiq S. , Devaux J. 
Published: July 2012

Les échanges de phosphore à l'interface eau-sédiment ont été étudiés dans la retenue Al Massira. La campagne de prélèvements a été menée pendant la faible oxygénation des eaux profondes au mois d'octobre 1991. Les mesures des échanges de phosphore ont été réalisées in situ en chambre benthique.
Les valeurs de pH sont élevées et reflètent clairement l'influence de la nature géologique du bassin versant sur la composition chimique des eaux. Ce bassin versant, formé essentiellement de roches sédimentaires calcaires, est vraisemblablement à l'origine des concentrations élevées en calcium mesurées dans les chambres benthiques.
En période de faible oxygénation, on note une augmentation des teneurs en phosphore particulaire dans les eaux surnageantes en raison de la présence de complexes calcium-phosphore, fer-phosphore et manganèse-phosphore.
En période d'anoxie, la réduction de ces complexes est accompagnée d'une aug- mentation des teneurs en phosphore.
La densité bactérienne et la concentration en phosphore total et notamment en orthophosphates suivent une évolution temporelle comparable. Une fraction non négligeable du phosphore particulaire serait liée aux bactéries.
Des mesures drastiques de déphosphatation du tributaire Oum Errbia doivent être prises pour éviter la dissociation des complexes Ca, Fe, Mn-Phosphore et le relargage de phosphore biodisponible.
Paramètres prédictifs de l'apparition des coliformes dans les réseaux de distribution d'eau d'alimentation
Authors: Volk C. , Joret J.C. C. 
Published: July 2012

L'isolement sporadique de coliformes sur certains réseaux de distribution en période chaude et en absnce de tout épisode décelable de contamination (défaut de traitement, post-contamination) laisse supposer que la présence de ces germes dans l'eau pourrait être associée à la présence d'un biofilm important à la surface des canalisations.
Cette hypothèse a pu être vérifiée lors de cette étude, réalisée sur différents réseaux de la banlieue parisienne.
Ce travail a mis en évidence une relation entre la fréquence d'observation des coliformes sur les sites du réseau et le dépassement de seuils critiques pour quatre paramètres:
- le niveau de salissure bactériologique de l'eau évalué par le dénombrement de la flore bactérienne planctonique totale par microscopie en épifluorescence
- la température
- la consommation de matière organique biodégradable (CODB)
- la concentration en chlore libre résiduel.
Le degré d'exposition des sites d'un réseau de distribution a pu être estimé par comptabilisation des dépassements des seuils critiques pour ces quatre paramètres. Trois niveaux de risques croissants (sans risque, faiblement exposé et exposé) ont été établis correspondant à des fréquences de plus en plus importantes d'apparition des coliformes sur les sites du réseau de distribution.
Pour une semaine donnée, le calcul de la moyenne des dépassements simultanés des seuils critiques enregistrés sur l'ensemble des sites a permis de définir quatre niveaux de risques moyens d'apparition des coliformes sur l'ensemble des sites (minimum, non négligeable, critique et maximum) en relation avec des observations de coliformes de plus en plus fréquentes sur le réseau.
Il a aussi été possible de définir un taux de chlore à appliquer sur un site afin de diminuer le niveau de contamination bactérienne de l'eau et par conséquent réduire le risque d'apparition des coliformes sur ce site.
Effet de la matrice de l'eau sur l'élimination des micropolluants organiques par ozonation. Partie 2. Simulation de l'élimination d'un micropolluant dans les réacteurs idéaux
Authors: Orta de Velasquez M. T. , Martin N. , Bodison V. , Laplanche A. 
Published: July 2012

L'équation cinétique qui permet de calculer l'oxydation d'un micropolluant dans les réacteurs d'ozonation s'écrit:
-(d[P]/dt)=(KD[O3]L+KID[OH∘])[P]
Kd et Kid: constantes de vitesse de l'ozone et des radicaux hydroxyles sur le micropolluant P.
Dans la première partie, l'approche théorique de la concentration en radicaux hydroxyles a montré que [OH·] est proportionnel à la concentration en ozone ([OH·] = k'[03]). On a donc:
(d[P]/dt)=KG[O3]L[P] with KG=KD+KIDK'
Dans un réacteur parfaitement agité, les concentrations en ozone et en micropolluant sont constantes et l'élimination s'écrit:
([P]/[Po])=(1/1+KG[O3]L τ) with τ=(V/Q)
Dans un réacteur piston, les concentrations varient tout au long de la colonne et il est habituel de modéliser un tel réacteur comme un grand nombre de R.P.A. en série de volume DeltaV et de hauteur DeltaH (Dans notre approche DeltaH = 0,01 m).
Dans les deux cas, la simulation de l'élimination du micropolluant est basée sur la connaissance de la valeur de kG et de la concentration en ozone dans l'eau [03]L
[03]L est obtenue de la résolution des bilans massiques dans un volume V ou ~V.
ozone à l'entrée + ozone transféré = ozone à la sortie + ozone consommé
L'ozone transféré utilise pour son calcul des relations semi-empiriques donnant la constante de Henry et la valeur du kLa.
L'ozone consommé est déduit de la relation établie dans la partie 1:
(d[O3]L/dt)=w[O3]L
Les résultats de la simulation sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus avec un pesticide organo-phosphoré, le parathion. Les paramètres variables sont le temps de contact (300 - 600 s), le pH (6,7 - 8,2) et le taux de traitement (1 à 5 g/m3).
Une valeur de kG comprise entre 500 et 600 M-¹s-¹ donne une bonne corrélation entre les valeurs expérimentales et calculées.
Cependant, on peut noter quelques différences, en particulier dans la partie basse de la colonne, ce qui montre la nécessité de prendre en compte pour des calculs plus précis l'hydrodynamique du réacteur.
L'emploi du programme de simulation permet de tracer deux abaques qui montrent l'influence pour n'importe quel micropolluant des facteurs kGteta et w.
Formation des crues «cévenoles» dans des bassins élémentaires du Mont Lozère
Authors: Cosandey C. 
Published: July 2012

Les théories classiques concernant les processus générateurs des écoulements rapides permettent mal d'expliquer la soudaineté de la montée de crue dans des petits bassins versants élémentaires, situés sur le versant sud du Mont Lozère (sud du Massif Central, France).
Des études portant sur les conditions de genèse de ces crues « cévenoles » ont montré les conditions particulières d'apparition de tels événements: dans ces milieux de moyenne montagne granitique méditerranéenne, les formations superficielles sont peu épaisses et très filtrantes et les abats d'eau considérables; les surfaces saturées, seules capables de générer un ruissellement important, progressent, contrairement à ce qui s'observe habituellement, d'amont en aval des versants; ce type de fonctionnement empêche dans un premier temps toute arrivée d'eau jusqu'au drain principal et ce n'est que lorsque, de proche en proche, l'ensemble du bassin est quasi saturé que la crue se déclenche, entraînant immédiatement des débits importants.
Ce modèle de fonctionnement hydrologique se vérifie bien lors de la crue du 22 septembre 1992, responsable de nombreux dégâts et de pertes en vies humaines dans le sud de la France.
Oxydation de S-triazines par les procédés d'oxydation radicalaire. Sous-produits de réaction et constantes cinétiques de réaction
Authors: De Laat J. , Doré M. , Suty H. 
Published: July 2012

L'étude bibliographique montre que l'oxydation de l'atrazine en milieu aqueux par 03, 03/H202, 03/UV, H202/UV et TiO2/UV ne permet qu'une dégradation limitée du pesticide (pas d'ouverture de l'hétérocycle azoté). Ces procédés d'oxydation conduisent aux mêmes sous-produits d'oxydation. Les composés N-déalkylés, les acétamido-s-triazines et l'hydroxyatrazine constituent les premiers sous-produits de dégradation de l'atrazine. Une oxydation plus poussée conduit par des réactions de N-déalkylation, d'hydroxylation et de déamination à la formation de produits finals relativement stables comme la déséthyldésisopropylatrazine, l'amméline, l'ammélide et l'acide cyanurique. La distribution des différents sous-produits en cours d'oxydation dépend du procédé d'oxydation utilisé, des conditions de mise en oeuvre du procédé (dose d'oxydants ou d'UV, longueur d'onde d'irradiation,...), des caractéristiques des eaux de dilution (pH, pièges à radicaux hydroxyles,...).
Les études cinétiques indiquent que l'atrazine est relativement réfractaire à une oxydation par l'ozone moléculaire (constante cinétique de l'ordre de 6 l mol-¹ s-¹ à 20 °C) et est assez réactive vis-à-vis des radicaux hydroxyles (constante cinétique de l'ordre de 2,5 10·9 mol-¹ s-¹ à 20 °C). En ce qui concerne les constantes cinétiques de réaction des radicaux hydroxyles sur les autres s-triazines, les résultats montrent que les méthylthio s-triazines sont beaucoup plus réactives que les méthoxy s-triazines qui sont elles mêmes légèrement plus réactives que les chloro et hydroxy s-triazines. Parmi les sous-produits d'oxydation de l'atrazine, la déséthyldésisopropylatrazine et l'acide cyanurique sont très réfractaires à une oxydation par les radicaux hydroxyles et par l'ozone moléculaire.
Caractérisation des sous-produits d'oxydation des boues en conditions sous-critiques et supercritiques
Authors: Luck F. , Bonnin C. , Niel G. , Naud G. 
Published: July 2012

L'élimination de la matière organique et la réduction de volume des boues peuvent être obtenues par incinération, par oxydation sous pression en milieu humide ("wet air oxidation") ou par combustion en eau supercritique ("supercritical water oxidation"). Une étude en autoclave agité a permis de comparer sur une même boue d'épuration les performances des deux techniques d'oxydation voie humide et d'oxydation supercritique, en mettant l'accent sur les sous-produits résiduels en phase liquide et la composition de la phase gaz.
Les résultats obtenus montrent que l'élimination de la DCO dépend fortement de la température: l'abattement de la DCO passe de 70 % à 235 °C à 94 % à 430 °C. L'azote organique de la boue est transformé en NH4+ mais seule une élimination limitée de l'azote totale est obtenue à 430 °C. Les sous-produits résiduels dans la phase liquide sont constitués en majorité d'acides gras, d'aldéhydes et de cétones, l'acide acétique étant prédominant.
Hormis le CO2, les sous-produits gazeux majeurs formés par des réactions complexes comme la pyrolyse, le réformage et la méthanation sont CO, H2 et CH4. Dans les conditions supercritiques, tous les sous-produits gazeux sont fortement oxydés. L'augmentation de la température de traitement permet d'obtenir un résidu solide de plus en plus inerte, les cendres obtenues en conditions supercritiques contenant moins de 1 % de matière organique.
Les performances des deux procédés étudiés laissent envisager leur développement à moyen terme comme voies alternatives d'élimination des boues.