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Apports des outils chiniques et isotopiques à l'identification des origines de la salinisation des eaux : Cas de la nappe de La Chaouia côtière (Maroc)
Authors: Marjoua A. , Olive P. , Jusserand C. 
Published: July 2012

L'étude hydrochimique des eaux de la nappe libre de la Chaouia côtière montre une teneur excessive en sels dans ces eaux, spécialement des chlorures (jusqu'à 3 g.l-1).Cette salinité élevée peut, à terme, nuire gravement à l'économie de la région qui se consacre essentiellement à la culture maraîchère sous irrigation.
Des mesures isotopiques (18O/16O, 2H/1H) couplées aux éléments chimiques, notamment Br-/Cl-, excluent l'hypothèse d'une intrusion marine généralisée. L'existence d'une paléosalinité (SHIVANNA andal.,1993) n'est pas soutenue par les mesures des teneurs en isotopes radioactifs (3H, 14C). Il en est de même pour le lessivage de dépôts chlorurés préexistants dans les sédiments. L'apport essentiel en chlorures provient de l'altération de la roche mère, des fertilisants et des embruns marins lessivés par suite de l'irrigation et entraînés vers la nappe par percolation. Le recyclage de l'eau souterraine depuis au moins trente ans, par l'irrigation, n'a fait qu'augmenter cette salinité.
Toutefois en bordure de l'océan quelques puits semblent montrer la présence d'eau marine, en effet les débits d'exhaure des puits sont à la limite d'exploitation de la nappe et toute augmentation de débits dans ces puits engendrera fatalement une invasion marine généralisée.
Une méthode stochastique pour la prédétermination des fluctuations probables des durées de service des réservoirs collinaires en Tunisie
Authors: Zahar Y. , Laborde J. P. 
Published: July 2012

Un modèle de génération stochastique de pluies est couplé ˆ un modèle de calcul de l'index de leurs érosivités, dérivé de l'Equation Universelle de l'Erosion des Sols (USLE). Le premier fonctionne au pas de temps de 30mn, il est calé sur une série pluviographique de 15 ans de la Tunisie centrale. Le second modèle fonctionne par calcul automatique des cumuls et moyennes de l'érosivité des pluies générées.
En mode opérationnel, ces deux modèles sont exploités pour simuler les aléas de l'envasement annuel des réservoirs collinaires de la zone aride et semi-aride de la Tunisie : le bassin versant est considéré comme une "boite noire" où l'agressivité climatique est la principale variable (quelques pluies extrêmes font l'essentiel de l'érosion), les autres facteurs sont considérés constants durant la durée de service du réservoir.
Nous observons sur trois bassins versants répartis du nord au sud de la frange comprise entre 500mm et 250mm (de pluie moyenne annuelle), que la distribution annuelle des index d'érosivité des pluies peut être assimilée ˆ la distribution des transports solides.
Sur l'un de ces bassins versants (OUED EL HISSIANE : 15,9 ) nous observons également que les valeurs extrêmes de l'érosion sont proportionnelles aux valeurs extrêmes de l'index d'érosivité des pluies. Seulement l'automne et le printemps sont des saisons érosives.
Dans le cas de petits bassins versants non-jaugés, comme ceux pour l'aménagement de réservoirs collinaires, le générateur nous permet de constituer des chroniques d'érosivité de pluie. Si on considère que les autres paramètres sont constants, ce modèle nous aide à déterminer les intervalles de confiance de durées de service probables.
Une analyse de sensibilité par la modification des paramètres du générateur (nombre d'épisodes, hauteur de pluie, maximum et durée d'averse etc ...) valide la méthodologie. De même une analyse régionale montre les faibles fluctuations des résultats sur l'étendue aride et semi-aride de la Tunisie.
Ces deux résultats nous ont conduit à proposer un abaque régional de prédétermination des fluctuations probables des durées de service des réservoirs collinaires, compte tenu de la connaissance préalable de la durée de service moyenne probable.
Cette méthode directement opérationnelle peut être utilisée pour l'aménagement, la planification, et la gestion des réservoirs collinaires. Elle améliore les études de faisabilité, notamment lorsqu'on la couple aux calculs économiques.
Évaluation du débit réservé par méthodes hydrologiques et hydrobiologiques
Authors: Caissie D. , El-Jabi N. , Bourgeois G. 
Published: July 2012

Plusieurs méthodes existent pour calculer le débit réservé d'un cours d'eau. Dans la présente étude deux approches sont analysées, soit les approches par méthodes hydrologiques et hydrobiologiques. Cinq méthodes hydrologiques d'évaluation du débit réservé ont été appliquées au ruisseau Catamaran au Nouveau-Brunswick (Canada), ainsi qu'une méthode hydrobiologique. Parmi les méthodes hydrologiques, on retrouve la méthode de Tennant, celle de 25% du débit moyen annuel (DMA), la méthode du débit médian (Q50) mensuel, 90% du débit classé (Q90) et la méthode basée sur l'analyse statistique de fréquence des débits faibles (7Q10). La méthode hydrobiologique utilisée dans la présente étude fut l'application du modèle PHABSIM pour le saumon Atlantique juvénile. Ce modèle est calibré en utilisant les données de vitesse d'écoulement (V), profondeur d'eau (D) et grosseur du substrat (S) pour trois différents débits. L'application des méthodes hydrologiques a démontré que certaines méthodes telle que la méthode Tennant, 25% DMA et la méthode du débit médian, donnent des résultats similaires surtout en période d'étiage. D'autre part, deux méthodes en particulier, soit la méthode de 90% du débit classé et celle basée sur une analyse statistique des débits faibles prédisent un débit réservé très faible en période d'étiage.
Une modélisation de l'habitat physique du ruisseau Catamaran démontre que l'habitat disponible maximal se trouve généralement aux environs du débit moyen. De plus, il a été observé qu'en appliquant les modèles hydrologiques, l'habitat disponible était réduit par rapport à l'habitat maximum prédit par PHABSIM. En effet, l'habitat résultant de l'application de Tennant (30% DMA) et du 25% DMA représente environ 70% de l'habitat disponible maximum. Le débit calculé par la méthode du débit médian correspond à un habitat qui n'est que de 50% de l'habitat disponible maximum, tandis que les méthodes basées sur 90% du débit classé et l'analyse statistique des débits faibles ne représentent plus que des habitats de l'ordre de 20% à 40% de l'habitat disponible maximum. L'application de ces deux dernières méthodes laisse beaucoup de doute sur le niveau de protection des habitats aquatiques qu'elles procurent et il a été jugé utile de ne pas les recommander pour l'évaluation du débit réservé dans la région d'étude. Les autres méthodes (Tennant, 25% DMA et Q50) peuvent être utilisées. Cependant, l'application de la méthode du débit médian, qui peut donner des résultats proches de 50% de l'habitat disponible maximum, doit être appliquée avec précaution.
Les réseaux trophiques lacustres: structure, fonctionnement, interactions et variations spatio-temporelles
Authors: Pinel-Alloul B. , Mazumber A. , Lacroix G. , Lazzaro X. 
Published: July 2012

L'analyse comparative des réseaux trophiques lacustres est d'un grand intérêt pour le développement de la limnologie contemporaine et l'aménagement des lacs. L'analyse des mécanismes écologiques déterminant la structure et le fonctionnement des réseaux trophiques dans les lacs tempérés a permis l'émergence de plusieurs modèles, souvent contradictoires, et suscité d'intenses débats sur le rôle respectif des ressources et des prédateurs. Par contre, dans les lacs tropicaux, les études sont en majorité descriptives et la recherche de principes généraux et de concepts unificateurs y est rare. Cette synthèse présente l'état des connaissances, les approches méthodologiques, les modèles de régulation concernant la structure et le fonctionnement des réseaux trophiques lacustres. Les réseaux trophiques semblent varier selon un gradient de situations intermédiaires entre deux modèles extrêmes : (a) les milieux à cascades trophiques intenses et à effet atténué des ressources (lacs tempérés oligo-mésotrophes) caractérisés par la présence de poissons piscivores et de zooplancton herbivore de grande taille (tels Daphnia spp.) et (b) les milieux à régulation intermédiaire (lacs tempérés méso-eutrophes et la plupart des lacs tropicaux), caractérisés par la présence de poissons filtreurs microphages omnivores et de zooplancton herbivore de petite taille. Notre synthèse souligne aussi l'importance d'allier les approches expérimentales en enceintes ou par biomanipulation à des suivis à long terme et des modélisations pour avoir une bonne compréhension et des prédictions précises du fonctionnement des écosystèmes lacustres à différentes échelles spatiales et temporelles et pour différentes conditions climatiques, géographiques ou trophiques.
Les sciences de l'eau : présent et futur
Authors: Sasseville J. L. , de Marsily G. 
Published: July 2012

Les sciences de l'eau connaissent actuellement un développement accéléré. Plusieurs facteurs contribuent à cet élargissement de la base de connaissances explicatives et instrumentales sur l'eau. On note, par exemple,
1. les investissements accrus dans la mise au point de systèmes de mesure permettant l'étude approfondie des propriétés de l'eau,
2. l'expansion considérable des approches mathématique et systémique à l'interprétation des données, ou encore
3. les progrès récents des outils informatiques qui ont favorisé le développement et l'usage des modèles de prédiction et ainsi, l'amélioration significative des connaissances sur la chimie, la biologie et la toxicologie.
D'un autre côté, la croissance et la diversification des problèmes sociaux reliés à la raréfaction de l'eau viennent multiplier les domaines d'application des connaissances en vue de trouver des solutions durables aux problèmes.
Dans cet article, on s'interroge, dans un tel contexte d'élargissement, sur l'évolution des sciences de l'eau au cours des prochaines années en mettant en évidence les problèmes socio-économiques dont la solution fait appel aux connaissances actuelles, à leur raffinement par les applications ou encore, à de nouvelles capacités techniques d'interprétation des phénomènes hydrologiques. On y distingue entre les activités qui seront entreprises pour résoudre des questions scientifiques fondamentales pouvant se justifier par des retombées possibles pour la société (la poussée scientifique) de celles qui seront engagées pour élaborer des solutions à des problèmes socio-économiques d'importance (les besoins socio-économiques de connaissances). On met ensuite en évidence les facteurs qui interviendront pour favoriser l'épanouissement des initiatives scientifiques, et on évalue l'effet de ces facteurs sur l'orientation de ces initiatives. On pose ainsi l'hypothèse que ce serait surtout la solution des problèmes socio-économiques, en conjugaison avec les aptitudes scientifiques actuelles, qui orienteront les développements des sciences de l'eau dans l'avenir. Enfin, on présente une approche émergente pouvant aider à comprendre l'évolution des sciences de l'eau. Ce modèle de représentation de la dynamique des initiatives scientifiques est caractérisé par deux pôles d'attraction relevant de la solution des problèmes sociaux reliés à la ressource : l'un en relation avec les besoins de connaissances pour la gestion de l'eau et l'autre lié aux besoins spécifiques de connaissances pour l'administration publique de l'eau.
Amélioration des performances d'un modèle stochastique de génération de hyétogrammes horaires: application au pourtour méditerranéen français
Authors: Arnaud P. , Lavabre J. , Masson J. M. 
Published: July 2012

Depuis quelques années, un modèle stochastique de génération de hyétogrammes horaires est développé au groupement d'Aix-en-Provence du Cemagref, pour être couplé à une modélisation de la pluie en débit, fournissant ainsi une multitude de scénarios de crues analysés statistiquement et utilisés en prédétermination des débits de crues. L'extension de la zone d'application du modèle de pluies horaires au-delà de sa zone de conception, a fait apparaître une hétérogénéité dans les résultats. Ce constat a entraîné certaines modifications du modèle comme : la recherche d'une loi de probabilité théorique peu sensible aux problèmes d'échantillonnage pour une variable du modèle (intensité d'une averse), la prise en compte originale de la dépendance observée entre deux variables du modèle (durée et intensité d'une averse), et la modélisation de la persistance des averses au sein d'une même période pluvieuse. Ces différentes modifications apportées au modèle initial ont entraîné une très nette amélioration de ses performances sur la cinquantaine de postes pluviographiques du pourtour méditerranéen français. On obtient ainsi un outil beaucoup plus robuste et validé sur une zone étendue, capable de fournir de multiples formes de hyétogrammes, couvrant toute la gamme des fréquences, permettant ainsi de s'affranchir des pluies de projet uniques. On aborde aussi une nouvelle approche du comportement à l'infini des distributions de fréquences des pluies qui semble parfois supérieur à une tendance strictement exponentielle. De plus, l'étude de plusieurs événements par an dont chacun présente plusieurs réalisations des différentes variables du modèle augmente la taille des échantillons analysés, semblant rendre la méthode plus rapidement fiable qu'une approche statistique classique basée par exemple sur l'ajustement de valeurs maximales annuelles.
Caractères biogéochimiques de la matière organique dans la colonne d'eau et les sédiments d'un écosystème saumâtre: l'étang de Thau - Variations saisonnières
Authors: Serve L. , Gadel F. , Lliberia J. L. , Blaz J. L. 
Published: July 2012

Le long de la côte méditerranéenne française du Golfe du Lion, l'étang de Thau présente des caractères assez particuliers. Il est parfois soumis à des conditions anoxiques appelées "malaigues" qui résultent de l'accumulation de matières organiques durant la période chaude liée au développement des macrophytes. Ces dépôts organiques associés aux biomasses résultant des activités conchylicoles et aux apports extérieurs contribuent en cours d'année aux échanges biogéochimiques entre la colonne d'eau et les dépôts.
Dans ce même milieu, l'analyse de la distribution et de la nature de la matière organique par des méthodes fines comme la chromatographie liquide haute performance ou la pyrolyse a permis de préciser son origine et son évolution dans la colonne d'eau et les dépôts. Durant les quatre saisons, les particularités de la matière organique ont donc été analysées en terme d'accumulation, de dégradation et de conservation. L'été constitue une période de production et de dégradation. L'automne est principalement caractérisé par des processus dégradatifs et des apports terrigènes (composés phénoliques). L'hiver correspond à une période de relative stabilité de la matière organique consécutive aux conditions froides. Le printemps enfin représente une période de reprise de l'activité biologique produisant une matière organique fraîche riche en sucres.
Sous les tables conchylicoles on observe un accroissement de la matière organique dans la colonne d'eau et les dépôts. Mais les processus actifs de dégradation réduisent considérablement la quantité de matière organique déposée. Les résultats de ces mécanismes varient selon les stations sous table et hors table.
Dans les dépôts les résultats de la dégradation dans la colonne d'eau amènent à une décroissance des composés biodégradables et à un accroissemenet des composés résistants comme les phénols et les hydrocarbures aromatiques. Ces processus de minéralisation s'accroissent vers la profondeur dans les dépôts au profit du pôle aromatique.
Les relations entre les nutriments et la matière organique qui constitue à la fois leur source et leur puits se marquent bien sous les tables conchylicoles où les sels nutritifs s'accumulent en surface.
Variations spatiales et temporelles des précipitations des neuf division climatiques de l'Oklahoma et implications pour l'utilisation locale de l'indice régional
Authors: Rossel F. , Garbrecht J. 
Published: July 2012

L'objectif de cette étude est de quantifier l'importance des variations spatiales des précipitations mensuelles par rapport à leurs variations temporelles régionales à l'échelle des divisions climatiques de l'Oklahoma. Les variations des précipitations à l'intérieur d'une division climatique sont supposées être constituées par trois composantes : les variations spatiales systématiques, les variations temporelles moyennes de la division climatique et les variations aléatoires. Les variations spatiales systématiques sont définies par le gradient des précipitations moyennes sur l'intégralité de la période. Les variations temporelles moyennes de la division climatique sont représentées par les variations temporelles de la moyenne spatiale des précipitations observées aux stations de la division, cette moyenne étant appelée indice régional. Les variations aléatoires sont estimées avec les différences entre les valeurs centrées réduites des précipitations observées aux stations et celles de l'indice régional. Cette étude montre que les amplitudes des variations aléatoires des précipitations mensuelles des neuf divisions climatiques de l'Oklahoma sont significatives par rapport aux variations temporelles régionales. La quantification de l'amplitude des variations aléatoires est importante pour l'utilisation des prévisions régionales des précipitations, car elle permet de déterminer les plages de variation des précipitations locales autour de l'indice régional et donc l'augmentation des risques pris par les utilisateurs des prévisions régionales pour des applications locales.
Influence de l'adsorption d'alginates sur les propriétés de membranes organiques d'ultra et de microfiltration
Authors: Malériat J. P. , Jaouen P. , Rossignol N. , Schlumpf J. P. , Quemeneur F. 
Published: July 2012

Les applications potentielles des cultures de microalgues et cyanobactéries en dépollution d'effluents dans des photobioréacteurs à membrane souffrent de performances limitées par un colmatage de l'élément filtrant dû en grande partie aux exopolysaccharides sécrétés par ces micro-organismes. Cette étude du laboratoire quantifie les effets de l'adsorption de ces polysaccharides sur des membranes organiques d'ultra et microfiltration tangentielle de matériaux et charges de surface différents. L'alginate de sodium est utilisé comme adsorbat modèle. Les membranes propres sont d'abord testées par une mesure de flux à l'eau pure, puis mises en contact avec une solution d'alginate durant un temps choisi. Le flux à l'eau pure des membranes après adsorption est ensuite à nouveau mesuré.
La réduction relative du rayon de pore (ZEMAN, 1983) met en évidence l'effet de la mouillabilité et des charges superficielles. L'étude comparée de membranes d'ultra et microfiltration montre que cette réduction relative du rayon de pore augmente avec le seuil de coupure ou le diamètre de pore. L'effet de la concentration révèle aussi que la résistance hydraulique d'adsorption (MATTHIASSON, 1983) à l'équilibre évolue selon l'isotherme de LANGMUIR. Le modèle cinétique traduisant l'évolution de la résistance d'une membrane d'ultrafiltration proposé par BAKLOUTI et al.(1984), amélioré par AIMAR et al. (1988) puis discuté par RUIZ-BEVIÁ et al. (1997), est complété par un nouvel exposant agissant sur le facteur temps.
La comparaison des résistances à l'écoulement de membranes de microfiltration avec celle d'une membrane d'ultrafiltration hydrophile neutre permet de dégager des critères de choix pour l'optimisation du fonctionnement d'un photobioréacteur à membrane utilisable en dépollution d'effluents.
Réduction de la DCO dure des lisiers de porc et lixiviats par nanofiltration
Authors: Schlumpf J. P. , Trebouet D. , Quemeneur F. , Maleriat J. P. , Jaouen P. 
Published: July 2012

Malgré un traitement biologique préalable, les lisiers et les lixiviats de décharge ont en commun de conserver une Demande Chimique en Oxygène (DCO) résiduelle supérieure à 500 mg O2.l-1 : valeur 4 à 5 fois trop élevée pour un rejet direct dans le milieu naturel. La nanofiltration pourrait constituer une solution comme traitement de finition. Dans le cadre de cette étude expérimentale, deux membranes de nanofiltration sont mises en œuvre à l'échelle pilote afin de comparer leur efficacité pour réduire la DCO non biodégradable des deux effluents précités. Dans un premier temps, l'étude menée à concentration constante, montre que les performances (flux de perméation et DCO dans le perméat) dépendent principalement du couple membrane - effluent. Dans le cas du lisier, la couche de colmatants formée à la surface de la membrane a un caractère compressible et peu structuré ce qui entraîne une plus grande sensibilité aux variations de conditions hydrodynamiques. Dans le cas des lixiviats, la couche formée est moins dépendante des conditions opératoires. Après avoir sélectionné les meilleures conditions opératoires pour réduire la DCO des deux effluents étudiés, les essais de nanofiltration sont ensuite menés en mode "concentration" en fixant la pression à 15 bar et la vitesse de recirculation à 1,5 m.s-1. L'obtention d'un facteur de réduction volumique de 4 entraîne, d'une part, une diminution plus accentuée des flux de perméation dans le cas du lisier que dans celui du lixiviat et, d'autre part, une augmentation plus importante de la DCO du perméat pour le lisier. La valeur de la DCO devient alors supérieure, en fin de concentration, à celle requise pour un rejet en milieu naturel (120 mg O2.l-1).
Application des techniques physiques, géochimiques et isotopiques pour l'évaluation de l'infiltration sous climat tempéré
Authors: Adorni-Braccesi A. , Acutis M. , Merlo S. , Zuppi G. M. 
Published: July 2012

Depuis plusieurs années, la Zone Non Saturée d'une parcelle expérimentale au nord de l'Italie (plaine du Pô) a fait l'objet de nombreuses études sur les caractéristiques physiques et géologiques du milieu, ainsi que sur les modalités du mouvement des eaux d'infiltration. Le site a été équipé de 6 tensiomètres à mercure, 6 bougies poreuses pour l'échantillonnage de l'eau et d'un tube d'accès pour la sonde à neutrons.
L'application des différentes méthodes d'évaluation a fourni, pour la période d'étude (Septembre 1994-Août 1995), des valeurs de l'infiltration sensiblement différentes. La méthode physique, basée sur le calcul du bilan hydrique annuel, et considérant le sol comme un unique réservoir monocouche, a indiqué que 19% du total des précipitations arrive à s'infiltrer. D'autre part, un modèle de simulation intégrant les caractéristiques hydrodynamiques du sol a permis d'évaluer la recharge à 29% des précipitations annuelles. Le calcul de la répartition de la teneur en eau sur le profil porte sur la description des fluctuations temporelles du plan de flux nul, en relation avec les épisodes pluvieux et l'intensité de l'évaporation.
La méthode géochimique du "profil en ions conservés" entre l'eau de pluie et du sol a permis, quant à elle, d'évaluer la lame d'eau infiltrée à environ 12% des précipitations annuelles.
La composition isotopique des eaux extraites du sol manifeste un enrichissement global en isotopes lourds (2H et 18O) par rapport aux eaux météoriques, conséquence d'une évaporation intense. L'infiltration semble être de type "piston flow" dispersif. Elle suit, seulement pendant l'hiver, un flux où la composante convective dans la microporosité est prédominante sur la composante diffusive qui a lieu, de préférence, dans la macroporosité.