Posters du mercredi 1er juillet
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Calibrage et validation d’un simulateur de pluie à grande échelle pour l’évaluation expérimentale des techniques de gestion durable des eaux pluviales
Ce travail présente le processus de calibrage et de validation d’un simulateur de pluie à grande échelle basé sur un système de goutteurs, développé pour l’évaluation expérimentale des techniques de gestion durable des eaux pluviales (SUDS). L’équipement a été conçu pour reproduire des intensités de pluie comprises entre 5 et 70 mm/h avec une grande stabilité et une bonne homogénéité spatiale sur une large surface d’essai. Trois maillages de distribution, différant par matériau et diamètre d’orifice, ont été testés afin d’identifier la configuration offrant les meilleures performances hydrauliques. Les essais de calibrage ont montré des écarts inférieurs à 3 mm/h et des coefficients d’uniformité supérieurs à 87 %, confirmant la robustesse du système goutteurs-maillage en conditions contrôlées. Le maillage le plus performant a été retenu pour la validation à pleine échelle. Les résultats ont mis en évidence une reproduction fiable des intensités cibles, avec une uniformité comprise entre 75,6 % et 83,2 %, valeurs cohérentes avec celles attendues pour des simulateurs extérieurs de grande taille. Le dispositif fournit ainsi des conditions pluviométriques suffisamment homogènes et répétables pour les études de ruissellement, de mobilisation de polluants et de performance hydraulique des SUDS dans des scénarios contrôlés mais réalistes.
Comparaison du tamisage à sec et humide avec la diffraction laser et la méthode de l’hydromètre pour l’analyse granulométrique des médias de sols de biorétention
La standardisation de l’analyse granulométrique (PSA) est essentielle pour assurer le mélange adéquat des médias filtrants utilisés pour le traitement des eaux pluviales, tels que les médias de sols de biorétention (BSM). Les BSM contiennent généralement plus de 80 % de sable et sont amendés avec de la matière organique et des fines (c.-à-d. limon et argile) afin de favoriser l’élimination des polluants. Toutefois, il n’existe actuellement aucune méthode PSA normalisée permettant de vérifier si les BSM respectent les spécifications de conception avant leur installation. Cette étude compare trois méthodes PSA — l’hydromètre, le tamisage à sec avec diffraction laser (DS + LD) et le tamisage humide avec diffraction laser (WS + LD) — afin d’évaluer leur précision et leur répétabilité pour l’analyse des BSM. Vingt-sept échantillons de BSM ont été prélevés dans trois noues de biorétention situées en Ohio, aux États-Unis. Pour la méthode de l’hydromètre, une variabilité importante des résultats a été observée selon la masse d’échantillon utilisée pour l’analyse. Les analyses triplicates de BSM par DS + LD (83,9 ± 1,7 % sable, 9,6 ± 3,0 % limon, 6,5 ± 2,7 % argile) et par WS + LD (84,1 ± 1,7 % sable, 10,6 ± 2,2 % limon, 5,3 ± 1,7 % argile) ont montré une forte concordance intra- et inter-méthodes, particulièrement pour la teneur en sable. Les méthodes hydromètre et WS + LD ont été les plus cohérentes pour la mesure de la fraction argileuse. Nous recommandons de mesurer séparément les fractions sable et fines après une dispersion appropriée lors de l’exécution d’une PSA sur des sols sableux comme les BSM. Bien que la PSA nécessite du temps et des coûts supplémentaires, garantir la livraison adéquate d’un BSM conforme aux spécifications de conception et aux exigences réglementaires l’emporte sur les coûts potentiels de colmatage et de reconstruction des noues de biorétention.
Répartition granulométrique des sédiments capturés dans les systèmes de traitement des eaux pluviales
Cette étude examine la manière dont la distribution granulométrique (PSD) varie entre différents composants de traitement des eaux pluviales, à partir de plus de 300 échantillons d’eau et de sédiments prélevés dans les eaux pluviales, l’écoulement de base, les bassins de sédimentation, les systèmes compacts de traitement des eaux pluviales (CSTS), les avant-bassins de biorétention et les avaloirs. Les analyses par diffraction laser et tamisage montrent que les eaux pluviales et l’écoulement de base contiennent les particules les plus fines, que les bassins retiennent un large mélange de fractions fines à intermédiaires, que les unités de décantation des CSTS accumulent des sédiments de taille intermédiaire, et que les avant-bassins de biorétention ainsi que les avaloirs captent les fractions les plus grossières. Les paramètres de PSD (D10, D50, D90, Cu, Cc) distinguent clairement le comportement de rétention de chaque composant, démontrant que le type de système constitue le principal facteur déterminant les caractéristiques des sédiments. Ces résultats soulignent les limites d’une approche reposant uniquement sur les mesures de MES (TSS) et mettent en évidence l’importance d’intégrer systématiquement l’analyse granulométrique pour améliorer la conception, l’évaluation des performances et la planification de la maintenance des systèmes de gestion des eaux pluviales.
Les Parcs Linéaires comme stratégie de protection des zones fluviales et de contrôle des inondations urbaines
Les bassins versants urbains, en particulier dans les zones côtières, sont de plus en plus exposés à des inondations accrues en raison de la variabilité climatique et de l’expansion des surfaces imperméables. Cette étude évalue les effets hydrologiques de la mise en place de parcs linéaires comme stratégie fondée sur la nature pour atténuer les inondations urbaines dans le bassin versant du Córrego Grande, dans le sud du Brésil. Un modèle hydrologique–hydrodynamique couplé 1D–2D a été développé dans PCSWMM, calibré et validé à partir d’événements observés, et a présenté une performance satisfaisante (R > 0,70, RMSE < 1,3, NSE > 0,3, ISE ≤ 6). Quatre scénarios ont été simulés, variant selon la largeur des corridors riverains végétalisés. Les parcs linéaires ont entraîné une réduction modérée du volume total de ruissellement, mais ont fortement atténué les débits de pointe, avec des réductions de 19,7 à 22,7 % pour le premier pic et de 11,4 à 13,8 % pour le second. De manière significative, le bassin versant est devenu capable de répondre à un événement pluvial de période de retour de 100 ans avec un comportement hydrologique comparable à celui d’un événement de 50 ans dans la condition pré-intervention, démontrant une augmentation notable de sa résilience. Dans l’ensemble, ces résultats montrent que les parcs linéaires améliorent la performance hydrologique et constituent une stratégie fondée sur la nature transférable pour une gestion durable des eaux urbaines et l’adaptation au changement climatique.
Simulation de ruissellement événementiel d'une cellule de biorétention utilisant SWMM
L’étude a évalué la capacité du Storm Water Management Model (SWMM) à simuler, événement par événement, le comportement de la couche de stockage d’une cellule de bioretention, en utilisant des paramètres obtenus à partir de la caractérisation des matériaux constituant son remplissage. À partir de l’analyse de six événements pluvieux, les simulations initiales avec des paramètres standard ont représenté de manière insuffisante la dynamique de drainage de la structure. Il a alors été émis l’hypothèse que des voies préférentielles d’écoulement n’étaient pas capturées par la configuration standard du modèle et que la représentation de la vidange pouvait également être affectée par l’absence de données d’évapotranspiration. Pour pallier cette limitation de représentation, un drain fictif a été introduit afin de reproduire ces processus contribuant à la vidange de la structure, ce qui a considérablement amélioré la précision du modèle, faisant passer l’efficacité moyenne de Nash–Sutcliffe (NSE) de 0,32 à 0,90 lors de la calibration et de 0,32 à 0,76 lors de la validation.
Les amendements de substrat facilitent l’élimination de l’azote dans les biofiltres traitant les surverses unitaires réelles
Les systèmes de biofiltration facilitent les interactions entre les plantes, les substrats filtrants et les microorganismes afin de traiter des eaux riches en azote, telles que les eaux pluviales et les eaux grises. Les procédés innovants d’élimination de l’azote, comme le SNAD (nitrification, anammox et dénitrification simultanées assistées par anammox), peuvent permettre la conversion directe de l’ammonium en azote gazeux, mais demeurent encore peu étudiés dans les biofiltres. Cette recherche vise à étudier le rôle des amendements du substrat dans les biofiltres et leur influence sur le traitement d’effluents réels de surverses unitaires (CSOs) à forte concentration. Pour cette étude, des biofiltres conventionnels à base de sable ont été enrichis en zéolite, scorie, substrat ingénieré, biochar et fibre de coco, puis évalués sur une longue période de 40 semaines sous différentes conditions opérationnelles. Il a été observé que les systèmes de bioretention utilisant des substrats présentant une plus grande surface spécifique, une porosité élevée et une forte capacité d’échange cationique amélioraient l’élimination de l’azote. Des propriétés telles qu’une surface poreuse développée et une capacité de tamponnement de l’ammonium influençaient également la présence de communautés microbiennes responsables de la transformation de l’azote. Cette étude apportera des solutions d’ingénierie et des recommandations de conception pour traiter efficacement les surverses unitaires non contrôlées.
Modélisation de la filtration physique des polluants particulaires dans les ouvrages de biofiltration des eaux pluviales
Les eaux pluviales urbaines provenant des routes contiennent des contaminants sous forme dissoute et particulaire, ce qui nécessite des stratégies de dépollution efficaces tenant compte du comportement des deux phases. De nombreux polluants possèdent des proportions particulaires importantes, dépassant 50 % et, dans certains cas, avoisinant l'association particulaire complète, ce qui souligne la nécessité de modéliser avec précision le transport et la rétention des particules. La taille des particules est essentielle à la performance de la filtration, car les particules plus grosses sont généralement éliminées près de la surface des biofiltres, tandis que les particules plus petites peuvent pénétrer plus profondément dans le média ou contourner complètement la filtration. L'objectif de cette étude est d'améliorer un modèle existant de transport et de traitement des micropolluants dans les ouvrages de bioretention (MPiRe), en y intégrant un processus de filtration physique dédié aux matières en suspension. Actuellement, MPiRe se compose d'un module hydrologique et d'un module de transport des polluants réactifs, mais traite uniquement les processus relatifs liés à la phase dissoute. Le module de filtration proposé simule l'élimination des particules en fonction de la profondeur, ce qui permet au modèle de capturer les mécanismes d'élimination des polluants liés aux particules qui font actuellement défaut dans le cadre de la modélisation.
Évaluation du fonctionnement des SUDS pour soutenir les stratégies de réutilisation des eaux pluviales dans le développement urbain Madrid Nuevo Norte
Ce travail présente les résultats initiaux du suivi d’un projet pilote de Systèmes Urbains de Drainage Durable (SUDS) déployé dans le nord de Madrid afin d’analyser le potentiel de réutilisation locale des eaux pluviales dans le futur développement Madrid Nuevo Norte. Deux typologies – un pavé perméable et un jardin de biorétention – ont été monitorées parallèlement à un avaloir conventionnel. Douze épisodes pluvieux ont été étudiés, comprenant des analyses de qualité d’eau, l’enregistrement continu des débits et la caractérisation des substrats. Une grande partie des paramètres se situe dans les plages de valeurs issues des cadres réglementaires espagnols pertinents, qui ne sont pas obligatoires pour ce type de dispositif mais constituent ici un référentiel utile pour évaluer l’aptitude à la réutilisation. Les résultats montrent que les SUDS atténuent significativement les débits de pointe et améliorent la qualité de l’eau, ce qui suggère qu’après un post-traitement adapté, ces eaux pourraient être valorisées pour des usages non potables dans une approche urbaine circulaire.
Prédiction des performances insuffisantes des infrastructures bleues-vertes et à l'aide de modèles d'apprentissage automatique intégrés
L'évaluation régulière des performances des infrastructures vertes et bleues est essentielle à une gestion durable des eaux pluviales en milieu urbain, mais elle reste difficile en raison de la complexité des environnements urbains, de la variabilité des systèmes d'infrastructures vertes et bleues et des ressources financières et humaines limitées. Les approches traditionnelles d'estimation des performances insuffisantes reposent sur des modèles hydrologiques basés sur la physique, qui soit simplifient à l'excès les conditions réelles, soit nécessitent des données volumineuses et des calculs complexes. Cette étude présente un cadre intégré, basé sur les données, pour évaluer le risque de performance des infrastructures vertes en reliant deux composantes prédictives : (1) des modèles d'apprentissage automatique qui prévoient les scores d'inspection des infrastructures vertes, et (2) des modèles qui estiment la durée de la stagnation des eaux après les épisodes pluvieux. À l'aide d'un ensemble de données complet provenant de la ville de Philadelphie, nous développons des modèles d'apprentissage automatique qui prédisent les scores d'inspection en fonction des inspections antérieures et des variables environnementales et sociodémographiques locales. Parallèlement, nous exploitons un ensemble unique de données hydrologiques observées sur plusieurs sites d'infrastructures vertes – combinées à des données météorologiques – pour prédire la durée de stagnation de l'eau, un indicateur direct de la performance du système. En combinant ces deux modèles, nous générons des prévisions spécifiques aux événements concernant le risque de dysfonctionnement des infrastructures vertes à l'échelle de la ville. La capacité de prédire la durée de stagnation de l'eau à l'aide de données facilement accessibles représente une avancée importante vers une gestion proactive, évolutive et durable des systèmes d'infrastructures vertes urbaines.