LogoLogo

Garneau, Cyril. Modélisation du transfert des éléments traces métalliques dans les eaux de surface

Garneau, Cyril (2014). Modélisation du transfert des éléments traces métalliques dans les eaux de surface.

[img]
Preview
PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
9Mb

Résumé en francais

Les éléments traces métalliques (ETMs) sont une catégorie de polluants présents dans les eaux de surface pouvant atteindre des concentrations importantes. Cependant, les outils de modélisation de ces ETMs en rivière restent rares et spécialisés. Ces travaux proposent des approches de modélisation permettant de simuler le transport des ETMs dans les eaux de surface en conditions hydrodynamiques et morphologiques contrastées et soumises à une physico-chimie complexe et dynamique. Pour se faire, quatre processus spécifiques sont considérés, soit l'hydraulique, le transport d'éléments dissous et particulaires en suspension avec stockage transitoire, l'érosion et la sédimentation des matières en suspension (MES) et l'adsorption - désorption des ETMs sur les MES. Une section de 87 km du fleuve Garonne dans son cours moyen sert de cas d'étude pour tester le modèle. Les données utilisées sont tirées de différentes campagnes de mesures en conditions hydrologiques contrastées. Trois ETMs sont retenus pour tester la capacité du modèle à représenter leur dynamique, soit l'arsenic et le cuivre pour leur caractère dissous dans l'eau et le plomb pour son caractère particulaire très important. Le modèle Modelo Hidrodinâmico (MOHID) a servi de modèle hydrodynamique, simulant l'hydraulique de la rivière à l'aide des équations de St-Venant complètes en une dimension, le transport par les équations d'advection - dispersion et l'érosion - sédimentation par les équations de Partheniades. Le modèle One-dimensional Transport with Inflow and Storage (OTIS) y a été couplé pour modéliser le stockage transitoire des éléments dissous et particulaires. Deux modèles chimiques d'adsorption - désorption lui ont été ajoutés, soit un modèle utilisant un coefficient de séparation des phases dissoutes et particulaires, dit le Kd, constant et le modèle de spéciation chimique Windermere Humic Acid Model (WHAM) qui calcule un Kd variable en fonction des conditions physico-chimiques et des caractéristiques des MES. Sur la base d'hypothèses de modélisation, le modèle hydro-géo-chimique résultant a été calibré sur le site d'étude et tous les paramètres ont pu être validés ou expliqués par des observations directes ou indirectes. Les approches de modélisation ont fait ressortir l'importance d'une très bonne description des MES en toute condition hydrologique pour simuler le transport des ETMs. De plus, le transport d'ETMs très particulaires tel que le plomb est bien décrit par un modèle d'adsorption simple (Kd fixe), tandis que le transport d'ETMs très solubles comme le cuivre est beaucoup mieux décrit par un modèle à Kd variable. Enfin, l'analyse de sensibilité a montré que le Kd est très sensible au pH. En outre, le Kd moyen est sensible principalement aux paramètres physico-chimiques tandis que sa variation dépend davantage des facteurs hydrodynamiques (coefficient de Manning et paramètres d'érosion - sédimentation). Ces travaux ouvrent des perspectives sur la formalisation des transferts d'ETMs à plus large échelle.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sauvage, Sabine
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Ecologie Fonctionnelle (EcoLab), UMR 5245
Mots-clés libres :Modélisation - MOHID - WHAM - Elément trace métallique - Adsorption - Désorption - Erosion - Sédimentation - Modèle de spéciation chimique - Modèle hydrodynamique - Fleuve Garonne - Analyse de sensibilité
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :08 Sep 2015 15:10