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L’action E1 du 6ème programme de l’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR6) vise à pérenniser le réseau de suivi des flux de matières en suspension (MES) et de contaminants associés. Ce rapport dresse le bilan des avancées réalisées sur l’ensemble du réseau en 2021 en termes de stations actives, de prélèvements de MES et d’analyses physico-chimiques, ainsi que sur les calculs de flux de contaminants dans la Base de Données des Observatoires en Hydrologie (BDOH). L’année 2021 a été principalement orientée sur la continuité du fonctionnement des 12 stations actives du réseau de mesure (11 stations équipées de mesure de turbidité et de prélèvements de MES pour l’analyse des contaminants + 1 station équipée seulement de mesure de turbidité), et la production de données à ces stations. La publication en cours d’un article sur les données ainsi acquises va permettre de valoriser ce réseau de suivi à l’échelle nationale et internationale.

L’originalité de cette action était de proposer des bilans de flux de contaminants (métaux, produits pharmaceutiques, hormones, pesticides) à partir de prélèvements intégratifs de la fraction particulaire (piège à particules) et de la fraction dissoute (échantillonneurs intégratifs passifs de type DGT pour les métaux et de type POCIS pour les contaminants organiques). Cette approche a été mise en application sur le Gier sur une période d’un an (avril 2017-avril 2018). L’obtention des données de concentrations en contaminants, intégrées dans le temps, dans les fractions dissoutes et particulaires a permis de proposer un bilan robuste des flux pour un large panel de contaminants à l’échelle d’une année sur ce site, à proximité de la confluence avec le Rhône. Nous avons ainsi montré que les flux annuels de mercure (Hg) étaient de l’ordre de 326 à 356 g/an, et que ces flux s’expliquaient principalement par la fraction particulaire (69 à 75%). Pour l’arsenic (As), les flux annuels sont bien plus élevés (240 à 260 kg/an), et en revanche, ces flux sont transportés principalement dans la fraction dissoute (80 à 82%). A titre d’exemple, nous avons montré que les flux de pesticides comme l’atrazine ou le diuron étaient principalement sous forme dissous (99%). L’analyse d’autres substances comme des médicaments ou hormones, a aussi montré que les contributions des flux étaient principalement sous forme dissoute (e.g. 92%, paracétamol), particulaire (e.g. 99% progestérone) ou équilibrées entre ces deux fractions (e.g. cortisone). Ces résultats montrent qu’à l’échelle du Gier, les flux annuels de certains contaminants peuvent être tout aussi élevés, voire plus, dans la fraction dissoute que dans la fraction particulaire. Ces résultats ne doivent pas être généralisés puisque ce suivi original s’est déroulé en grande partie sur l’année 2017, année la plus sèche pour le Gier ces dix dernières années. Ces travaux suggèrent toutefois qu’il serait intéressant de déployer ce type d’approche sur d’autres affluents majeurs du Rhône. Ils permettent également de donner des premières indications sur les contaminants les plus pertinent à suivre dans la fraction dissoute de certains grands affluents du Rhône ou à l’aval du bassin.

Dans le cadre de l’action B2 de l’OSR5, nous avons approfondi la méthodologie de détermination des flux de contaminants particulaires dans le Rhône, en automatisant une partie des calculs nécessaires à l’estimation des flux et en évaluant leur incertitude totale. Cette méthode a été appliquée à un grand nombre de contaminants organiques et inorganiques, sur le Rhône et ses principaux affluents, afin d’identifier les sources principales de contamination pour un large panel de substances. Ces travaux ont permis de mieux comprendre la dynamique de transport et de transfert des flux de contaminants au sein du bassin du Rhône, et d’émettre des hypothèses sur de potentiels apports de contaminants encore non identifiés. Des stratégies ont ensuite été développées et déployées sur le terrain afin d’identifier les différentes sources manquantes de contaminants, avec (i) l’étude de rejets pluvieux urbains autour de l’agglomération lyonnaise pour rechercher des sources manquantes d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), et (ii) l’étude des principaux affluents cévenols pour différentes conditions hydrologiques, pour rechercher des sources manquantes d’éléments traces métalliques (ETM).

Pour réduire les apports sédimentaires et les contaminants associés, il est nécessaire de déterminer l’origine des MES transportées dans les hydrosystèmes. Dans ce but, les approches de «fingerprinting», consistant à utiliser les empreintes chimiques des MES, se sont largement développées ces quarante dernières années. Intégrées dans un modèle de mélange, l’utilisation de ces empreintes chimiques permettent d’estimer les contributions relatives des sources de MES. Cependant, un des principaux verrous de ce type d’approche réside dans l’utilisation d’empreintes conservatives dans le temps et dans l’espace. Cette notion de conservativité suggère de s’affranchir des traceurs liés à des phases réactives des MES. En effet, lorsque les concentrations totales en éléments traces et majeurs sont utilisées pour ce genre d’approche, ces concentrations intègrent l’ensemble des phases porteuses des MES qui sont pour certaines susceptibles d’être altérées par les processus biogéochimiques lors de leur transfert et dépôt. Dans ce contexte, l’objectif de ces travaux porte sur l’amélioration de la méthode de traçage des sources de MES avec, plus spécifiquement, l’évaluation de la pertinence des concentrations des éléments traces et majeurs dans la fraction résiduelle des particules pour tracer les sources de MES à différentes échelles spatiales. Cette méthodologie a été appliquée au bassin versant du Rhône en s’appuyant sur le réseau de suivi de l’Observatoire des Sédiments du Rhône et en proposant une estimation des contributions relatives des affluents du Rhône à trois stations : à Jons, sur le Rhône amont, à Andancette, sur le Rhône intermédiaire et à Arles sur le Rhône aval. Les contributions des sources (affluents) estimées par les modèles de mélange utilisant les concentrations en éléments trace et majeurs ont été comparées à des sorties de modèle hydro-sédimentaire 1D ou aux contributions relatives des flux de MES mesurés (réseau de suivi OSR). De manière générale, les estimations des contributions des affluents les plus fiables ont été obtenues en utilisant les concentrations résiduelles des éléments traces et majeurs dans les modèles de mélange et ont permis de déterminer les contributions relatives des affluents pour différentes conditions hydrologiques en trois stations du linéaire rhodanien. De manière synthétique, nous avons montré que les MES à la station de Jons sur le Haut Rhône sont principalement représentées par les MES de l’Arve alors que les premiers résultats obtenus à la station de Arles à l’embouchure du Rhône, montrent que les MES sont principalement issues de la Durance.

L’administration locale du secteur de l’hydraulique de la région de Tizi Ouzou (Algérie) a entrepris un vaste programme de réalisation de bassins de filtration en 1996. Après deux décennies d’exploitation de ces ouvrages, il nous a semblé nécessaire de faire le point sur leur retour d’expérience. L’objectif de cette étude est de tester l’efficacité de ce système épuratoire des eaux usées par l’analyse d’un bassin de filtration témoin de cette région. L’idée est de déterminer les caractéristiques des effluents à l’entrée et à la sortie de l’ouvrage, en se basant sur l’analyse de six paramètres qui sont la température, la turbidité, le pH, les matières en suspension, la demande biologique en oxygène à cinq jours (DBO5) et la demande chimique en oxygène (DCO). Un suivi journalier de ces paramètres a été réalisé pour lequel un protocole expérimental avec une démarche rigoureuse et cohérente des principales étapes a été développé. Sur la base des résultats obtenus, nous avons pu évaluer les performances épuratoires de ce bassin de filtration, analysées par rapport au taux d'élimination de la pollution de l'eau. Ceci nous a permis de recommander le dimensionnement et la conception d'une filière d'épuration utilisant un bassin de filtration combiné judicieusement à un bassin de décantation afin d’atteindre une meilleure performance épuratoire., The local authority of the hydraulic sector in the region of Tizi Ouzou (Algeria) has undertaken a vast programme of filtering basins in 1996. After two decades of operation of these structures, it seemed necessary to evaluate their feedback. The objective of this study is to test the efficiency of this wastewater purifying system by analyzing a sample filtration basin from this region. The idea was to determine the effluent characteristics at the inlet and outlet of the basin, based on the analysis of six parameters which are the temperature, turbidity, pH, suspended matter, chemical oxygen demand (COD), and five-day biological oxygen demand (BOD5). A daily monitoring of these parameters was performed for which an experimental protocol with a rigorous and consistent approach for the major steps has been developed. The results showed that we were able to assess the purification performance of the filtration basin which is analyzed with respect to the elimination rate of water pollution. These results enabled us to suggest the dimensioning and design of a wastewater treatment structure combining a filtration basin and a sedimentation basin to obtain a better purification performance.

Suspended particulate matter (SPM), present in excess in rivers, induce negative effects. In order to reduce sediment inputs and associated contaminants, it is necessary to determine the origin of the SPM transported in the hydrosystems. To this end, fingerprinting approaches have been widely developed over the last forty years. Integrated into a mixing model, total metal concentrations provide estimates of the relative contributions of SPM sources. The application of these approaches to historical deposits (sediment cores), still insufficiently addressed in the literature, provides retrospective information about the relative source contributions. However, three main methodological issues still require clarification and improvement in order to prevent misinterpretation of the results: do we have to apply a particle size correction to metal concentrations between sources and targets samples, what is the optimal number of tracers to include in the mixing models and how to better take into account the reactivity of the tracers? This potential reactivity of tracers is problematic when total metal concentrations are used, since these include all the carrier phases of SPM/sediment, which are likely to be modified by biogeochemical processes during their transfer and deposition. In this context, the objectives of the thesis focus on the improvement of the SPM source fingerprinting method by assessing the relevance of using metal concentrations in the residual fraction of particles for tracing SPM sources at different spatial and temporal scales (contemporary SPM and sediment cores). This methodology was applied to the Rhône watershed using the monitoring network of the Rhône Sediment Observatory. In the case of contemporary SPM, the three methodological issues were addressed. The source contributions (tributaries) estimated by the geochemical models were compared to 1D hydro-sedimentary model outputs, to artificial mixtures conducted in the laboratory or, finally, to the relative contributions of the measured SPM fluxes. Our results showed that particle size correction of total and residual concentrations improves the accuracy of the estimates. Selection methods involving a larger number of tracers are more adapted to optimise the fingerprinting method than the reductionist approach, which involves fewer tracers. In general, the most reliable estimates of tributary contributions are obtained using residual metal concentrations. In sediment cores, this is due to the inclusion of more tracers in the geochemical model using the residual fraction, and because this method corrects for total metal enrichments related to past anthropogenic inputs., Les matières en suspension (MES), présentes en excès dans les rivières, induisent des effets négatifs. Pour réduire les apports sédimentaires et les contaminants associés, il est nécessaire de déterminer l’origine des MES transportées dans les hydrosystèmes. Dans ce but, les approches de « fingerprinting » se sont largement développées ces quarante dernières années. Intégrées dans un modèle de mélange, les concentrations totales en métaux permettent d’estimer les contributions relatives des sources de MES. L’application de ces approches à des historiques de dépôts (carottes sédimentaires), encore peu abordée dans la littérature, permet de retracer de manière rétrospective les contributions relatives des différentes sources. Cependant, trois principaux verrous méthodologiques sont encore à clarifier et à améliorer pour minimiser les erreurs sur l’estimation des contributions : faut-il ou non appliquer une correction granulométrique aux concentrations des métaux entre les MES/sédiments sources et cibles, quel est le nombre de traceurs optimal à intégrer dans les modèles de mélange et comment mieux prendre en compte la réactivité des traceurs ? Cette réactivité potentielle des traceurs est problématique lorsque les concentrations totales en métaux sont utilisées, puisque ces concentrations intègrent l’ensemble des phases porteuses des MES/sédiments qui sont pour certaines susceptibles d’être altérées par les processus biogéochimiques lors de leur transfert et dépôt. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse portent sur l’amélioration de la méthode de traçage des sources de MES avec, plus spécifiquement, l’évaluation de la pertinence des concentrations des métaux dans la fraction résiduelle des particules pour tracer les sources de MES à différentes échelles spatiales et temporelles (MES contemporaines et carottes sédimentaires). Cette méthodologie a été appliquée au bassin versant du Rhône en s’appuyant sur le réseau de suivi de l’Observatoire des Sédiments du Rhône. Dans le cas des MES contemporaines, les trois verrous méthodologiques ont été approfondis. Les contributions des sources (affluents) estimées par les modèles géochimiques ont été comparées à des sorties de modèle hydro-sédimentaire 1D, à des mélanges artificiels effectués en laboratoire ou enfin, aux contributions relatives des flux de MES mesurés. Nos résultats montrent que la correction granulométrique des concentrations totales et résiduelles améliore la justesse des estimations. Les méthodes de sélection impliquant un plus grand nombre de traceurs sont les plus adaptées pour optimiser la méthode de traçage que l’approche réductionniste, qui implique le moins de traceurs. De manière générale, les estimations des contributions des affluents les plus fiables sont obtenues en utilisant les concentrations résiduelles des métaux dans les modèles géochimiques. Dans les carottes sédimentaires, cela s’explique par l’intégration de plus de traceurs dans le modèle géochimique utilisant la fraction résiduelle, et parce que cette méthode permet de corriger les enrichissements en métaux totaux liés aux apports anthropiques antérieurs.

This study aims at assessing the impacts of urbanized spaces and land cover change scenarios on contaminant loads generated during rain events in the gulf of Aigues-Mortes catchment and the urban area of Montpellier (France). Firstly, it is shown that continental inputs of fecal indicator bacteria (FIB) to coastal waters increase significantly with the antecedent precipitation index. Within the urban area, FIB and suspended solids (SS) loads are strongly influenced by storm events, even with a small return period. Secondly, a modelling tool is developed to allow the assessment of the impacts of runoff management scenarios on contaminant loads. A classification of urban surfaces according to build-up and wash-off processes is proposed, based on a sampling strategy applied on an existing land use map. Then, the urban surfaces are aggregated into water quality response units (WQRUs). The Storm Water Management Model (SWMM) is used to compare this method of catchment discretization to the commonly used hydrological response units (HRUs). The simulations are performed at the event scale and focus on SS as a major urban pollution vector. It appears that the WQRUs have the same ability to reproduce observed hydrographs than the HRUs, while affording the advantage of being highly flexible for the implementation of urban runoff management scenarios. The definition of the latest is based on an interdisciplinary approach, through a sociological survey undertaken to put into perspective the modelling study into a territorial context more or less open to the implementation of storm water control measures. In the urban area of Montpellier, major difficulties prevent their implementation. To address the crucial need of knowledge about their beneficial effects, the chosen scenarios consist in rooftop disconnection and the implementation of permeable pavements over the previously defined WQRUs. The modelling results show significant reductions in runoff volume and exported mass of SS in different urbanized areas, particularly for rain events of low return period. Moreover, the impacts of the scenarios are found highly variable among the represented typical urban land uses, thus priorities in implementing storm water control measures should be given accordingly to the specificity of the considered urbanized area. Within the urban area of Montpellier, a strong connection between scientists and managers is necessary to promote the generalization of storm water control measures and preserve the quality of continental and coastal waters in the gulf of Aigues-Mortes.; Cette thèse vise à évaluer les impacts des espaces urbanisés et de scénarii changements d’occupation du sol sur les flux de contaminants générés lors d’évènements pluvieux dans le bassin versant du golfe d’Aigues-Mortes et la zone urbaine de Montpellier. Dans un premier temps, il est montré que les apports continentaux de bactéries témoins de contamination fécale (BTCF) aux eaux côtières augmentent significativement avec l’indice de précipitations antérieures. Au sein de la zone urbaine, les flux bactériens et de matières en suspension (MES) se révèlent fortement impactés par les épisodes pluvieux, même de faible période de retour. Dans un second temps, un outil de modélisation est développé pour permettre l’évaluation des impacts de scénarii de gestion du ruissellement pluvial sur les flux de contaminants. Une classification des surfaces urbaines en fonction des processus de transfert des contaminants est proposée, basée sur une stratégie d’échantillonnage appliquée à une carte d’utilisation du sol déjà existante. Puis les surfaces urbaines sont agrégées en unités de réponse qualité (URQ). Le logiciel de modélisation Storm Water Management Model (SWMM) est utilisé pour comparer cette méthode de discrétisation d’un bassin versant aux unités de réponse hydrologiques (URH) communément utilisées. Les simulations sont lancées à l’échelle de l’évènement pluvieux et se concentrent sur les MES, en tant que vecteur principal de pollution en zone urbaine. Il s’avère que les URQ ont la même capacité que les URH à reproduire des hydrogrammes observés, tout en offrant une grande flexibilité pour l’implantation de scénarii de gestion du ruissellement urbain. La construction de ces derniers se base alors sur une approche interdisciplinaire, qui mobilise des méthodes d’enquête sociologique pour mettre en perspective le travail de modélisation par rapport à un contexte territorial plus ou moins favorable à des changements de pratiques de gestion du ruissellement urbain. Sur le territoire montpelliérain, d’importants blocages, notamment d’ordre institutionnel, montrent une faible marge de progression dans la mise en place de techniques alternatives de gestion des eaux pluviales. Pour répondre au besoin crucial de connaissances sur les bénéfices que peuvent apporter ces dispositifs, les scénarii choisis consistent à déconnecter les toitures et à implanter des revêtements perméables sur les différentes URQ définies précédemment. Les résultats de la modélisation montrent des réductions significatives du volume ruisselé et de la masse de MES exportées dans différents espaces urbanisés, en particulier pour les pluies de faible période de retour. De plus, l’impact des scénarii se révèle variable parmi les utilisations du sol typiques de zone urbaine représentées, ce qui montre l’importance de cibler les surfaces à désimperméabiliser selon le type d’espace urbanisé. Sur le territoire montpelliérain, une connexion forte entre science et gestion apparait nécessaire pour favoriser la désimperméabilisation des espaces urbains et préserver la qualité des eaux continentales et littorales du golfe d’Aigues-Mortes.

Depuis 2009, l’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR) vise à produire des connaissances scientifiques à la fois sur les dynamiques hydrosédimentaires et les pollutions chimiques associées aux sédiments à l’échelle du bassin du fleuve. Au cours des différents programmes OSR qui se sont succédé, les substances considérées se sont progressivement élargies avec initialement les éléments traces métalliques (ETM) et les polychlorobiphényles indicateurs (PCBi) (OSR 2), puis les hydrocarbures polycycliques aromatiques (HAP), les polybromodiphényléthers (PBDE), les pesticides organochlorés, les organoétains, les alkylphénols et les phtalates (OSR 3), et enfin les produits pharmaceutiques, les hormones et le méthylmercure (OSR 4). Au cours de l’OSR 4, une première phase d’interprétation des données fut menée, notamment pour évaluer les tendances temporelles et spatiales des contaminants suivis. Le présent document poursuit ces travaux initiaux de hiérarchisation des stations de suivi OSR en prenant en considération leur niveau de contamination générale qui a été évalué pour 29 substances organiques et inorganiques. Nous avons tout d’abord eu recours à plusieurs méthodes de traitement des données (les boxplots, les spectres chimiques, les Analyse en Composantes Principales et les Heat Maps) afin de mettre en évidence deux types de tendances spatiales : -Les tendances quantitatives destinées à hiérarchiser le niveau de contamination générale des stations de suivi OSR ;-Les tendances qualitatives destinées à identifier les cocktails chimiques propres à chacune des stations et ainsi préciser les spécificités des sous-bassins versants du Rhône. Dans le cadre de cette étude nous nous sommes également attachés à mettre en perspective la contamination du Rhône dans un contexte national. A cet égard, nous avons comparé les données de contaminants particulaires mesurées sur le Rhône à l’exutoire avec celles des autres grands fleuves français, c’est-à-dire la Garonne, la Loire et la Seine. Une base de données a été élaborée en compilant les données de la littérature scientifique et du réseau de contrôle de surveillance pour 12 HAP prioritaires, 9 ETM et les 7 PCBi. En considérant l’ensemble des 28 substances, nous pouvons raisonnablement estimer que le Rhône est globalement moins contaminé que la Seine, et qu’il est caractérisé par un niveau équivalent de contamination à celui de la Loire et de la Garonne. Enfin, une évaluation écotoxicologique a montré que le risque potentiel que font peser les substances suivies sur les organismes aquatiques peut être considéré comme acceptable (quotient de risque entre 0.1 et 1), voire faible (quotient de risque 10), et notamment pour : -la Seine pour les PCB 118, 138, 28, 52 et 101, l’anthracène, le phénanthrène, le fluoranthène, le pyrène, le benzo(g,h,i)pérylène, le Cr et le Hg ;-la Garonne pour le PCB 118, le phénanthrène, le fluoranthène, le pyrène, l’As, le Cr, le Ni, le Zn et le Pb;-la Loire pour le PCB 118 , le phénanthrène, le pyrène, l’As, le Cr, le Ni, le Zn et le Pb ;-le Rhône pour le PCB 118, le phénanthrène, le pyrène, l’As, le Cr, le Ni, le Zn et le Pb.

Cette fiche décrit les équipements mis en place à la station du Gier à Givors pour l'acquisition de données sur les flux de matières en suspension (MES) et de contaminants particulaires. Cette station fait partie du réseau de mesure de l'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR).

European directives require from each Member State to monitor the contamination of continental sediments and confirm that the concentrations of hydrophobic contaminants and metals in sediments do not significantly increase with time. In France, the Water Agencies manage the monitoring of freshwater systems but do not have a fit-for-purpose methodology in order to study the data on sediment contamination monitoring. Moreover, operational obstacles have to be overcome because of the difficulty to collect fine grained sediments which can be compared from year to year, due to the natural variability of sediments. As such, the sampling of suspended solids (SS), which targets small-sized particles, is a promising alternative to surface sediments monitoring. Taking into account these difficulties for data exploitation, several studies have been undertaken by AQUAREF in order to elaborate a methodology for the assessment of temporal trends of sediment contamination. Using datasets from environmental monitoring, this methodology was tested, especially by correcting the data to account for the natural variability of sediments. Guidelines on the necessary quality the datasets must fulfil in order to ensure reliable trend assessments have been proposed. Provided that the datasets feature enough data and parameters for data correction, this methodology enables to identify significant trends, and thus to study the temporal evolution of contamination on a monitoring station. The application of this methodology on SS datasets demonstrated the relevance of performing a SS monitoring to assess contamination trends, especially because of the greater homogeneity of the sampled particles fraction during sampling time. Comparisons between results calculated on sediment and SS datasets showed that the latter enable more precise trend assessments. The proposed methodology is a first step in order to meet the regulatory requests, and for a more reliable processing of data on sediment contamination., Les directives européennes requièrent que les Etats-Membres surveillent la contamination des sédiments continentaux et vérifient que les concentrations en contaminants hydrophobes et métaux dans les sédiments n'augmentent pas de manière significative au cours du temps. En France métropolitaine, les Agences de l'Eau coordonnent la surveillance des milieux aquatiques continentaux mais ne disposent pas d'une méthodologie harmonisée permettant d'exploiter les données de contamination des sédiments de surface. A cela s'ajoutent des freins opérationnels, en raison de la difficulté à prélever des sédiments fins et comparables dans le temps résultant de l'hétérogénéité naturelle des sédiments. Aussi, le prélèvement de matières en suspension (MES), qui cible préférentiellement les particules fines, constitue une alternative intéressante au suivi des sédiments de surface. Une réflexion prenant en compte ces difficultés a été menée par AQUAREF afin de proposer une méthodologie pour l'évaluation des tendances de contamination des sédiments. Cette méthodologie a été testée à partir des données de surveillance, notamment en normalisant les données pour s'affranchir de la variabilité naturelle des sédiments. Des recommandations sur la qualité nécessaire des chroniques pour une exploitation fiable ont été formulées. Ainsi, sous réserve de disposer de chroniques comportant suffisamment de données et de paramètres normalisateurs, cette méthodologie permet d'identifier des tendances significatives et d'étudier l'évolution temporelle des contaminations à l'échelle d'une station. L'application de cette méthodologie sur des données de MES a permis de démontrer l'intérêt d'effectuer un suivi des MES pour évaluer les tendances de contamination, en raison de l'homogénéité de la fraction échantillonnée au cours du temps. Les comparaisons entre résultats obtenus sur des données de sédiments et de MES montrent que ces dernières peuvent permettre une étude plus fine des tendances. Les approches proposées constituent une première étape pour répondre aux exigences réglementaires, et pour une meilleure exploitation des données de contamination des sédiments.

River Flow 2018: 9th International Conference on Fluvial Hydraulics, Lyon, FRA, 05-/09/2018 - 08/09/2018; International audience; In this paper, we present some first attempt to measure graded sus-pension of sands in an alpine river. It is a real challenge to measure graded-suspensions of sands in such dynamic rivers. Specific measurements of the graded suspension in the middle of a secondary channel were attempted using a sampler that allows simultaneous sampling at three different elevations (5 cm, 10 cm, and 20 cm) above the bed. Very large concentrations (up to C = 40 g/l) of fine sediments in suspension were measured during a dam reservoir flush-ing event. It included large amounts of sand (from 10 to 60% of the measured concentration). A substantial graded suspension of sand was measured even for relatively low velocities. Sand fluxes estimates for varying bed shear stresses during the event are discussed. In particular, based on the measured bed shear stress, a semi-empirical formula developed for sand suspension is applied to test its ability to predict sand flux in alpine rivers. The sensibility of such formula to the grain size is very high whereas large uncertainties exist in the measure-ment (d50 varies from 0.1 to 0.3 mm depending on the sample), which makes its application difficult at the moment.

International audience; The database for hydrological observatories (BDOH) is an efficient tool for storage which allows the combination of water discharge data, suspended particulate matter (SPM) and particulate contaminants concentrations, produced thought a same observatory network, to calculate time series fluxes. This application is used in the Rhone Sediment Observatory (OSR) program to estimate SPM and their associated contaminants fluxes along the Rhone River and its main tributaries. However, incomplete time series need to be filled prior to computation in BDOH. Hence, a sensitivity test was run to evaluate the effect of different estimation methods of SPM concentration and particulate mercury time series on final instantaneous and accumulated fluxes on the Rhone River at the two main stations of the OSR network (Jons and Arles). The results demonstrate that the differences between SPM and particulate mercury annual fluxes assessed with different estimation methods are less than 5%. However, at monthly scale, estimation methods can create higher differences (26-51%). In the future, these preliminary results will be completed with the estimation of the uncertainties associated with particle flux measurements.; La Base de Données pour les Observatoires en Hydrologie (BDOH) est un outil de bancarisation qui permet de combiner les mesures de débit, de matières en suspension (MES) et de contaminants particulaires issues d'un même réseau de stations pour calculer des chroniques de flux instantanés et cumulés. Cette application est utilisée dans le cadre de l'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR) pour estimer les flux de MES et de contaminants associés (Hg, PCB,...) en transit dans le Rhône et ses principaux affluents. Cependant, avant le calcul de ces chroniques, les données mères lacunaires doivent être reconstituées. Un test de sensibilité a été mené afin d'évaluer l'impact de différentes méthodes d'estimation des chroniques de concentrations en MES et en Hg particulaire sur les calculs de flux instantanés et cumulés dans le Rhône aux deux stations principales de l'OSR (Jons et Arles). Les résultats montrent que, quelle que soit la méthode d'estimation utilisée, les flux annuels de MES et de Hg particulaire ne diffèrent pas plus de 5 %. A l'échelle mensuelle, en revanche, les différentes méthodes génèrent des variabilités plus élevées (26-51 %). En perspective, ces premiers résultats seront complétés par l'évaluation des incertitudes quantitatives sur les calculs de flux particulaires.

Ce rapport s’intègre dans les travaux de l’Observatoire des Sédiments du Rhône, et a pour objet l’étude des sources d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et de polychlorobiphényles indicateurs (PCBi) dans les matières en suspension (MES) prélevées dans les cours d’eau du bassin du Rhône. Deux stations de prélèvements de MES situées sur le Rhône (à Arles et Jons) et quatre stations situées sur certains affluents (Arve, Bourbre, Gier, Saône) ont été étudiées. Les différentes stratégies mises en oeuvre (ratios de diagnostic, évolution des profils de distribution, classification ascendante hiérarchique couplée à une analyse factorielle discriminante) ont permis de montrer que les principales sources d’émission de HAP sur ces stations sont en lien avec le trafic routier et le chauffage résidentiel. Sur le bassin de la Bourbre, les MES se caractérisent par la présence plus importante de HAP lourds d’origine pyrolytique. A Arles l’activité d’un incinérateur d’ordures ménagères proche de la station de mesure pourrait être à l’origine de l’enrichissement des MES en fluoranthène. L’étude des relations entre la somme des HAP et des PCBi suggère que ces contaminants proviendraient de sources distinctes. Des recherches approfondies sont donc nécessaires pour identifier l’origine des PCBi sur le bassin du Rhône.

[Departement_IRSTEA]Eaux [ADD1_IRSTEA]Hydrosystèmes et risques naturels [ADD2_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples; National audience; Le réseau de mesure de l'OSR a été construit dans une optique de mesure des flux de contaminants d'une part, et des concentrations d'autre part. Ces deux aspects ont été largement approfondis et développés au cours de l'OSR 4, avec l'ajout d'une grande variété de contaminants et l'instrumentation de nouvelles stations, notamment dans la partie sud du bassin versant. Cette synthèse présente les principaux résultats de toutes les actions visant à observer, quantifier et interpréter les concentrations et les flux de contaminants sur le bassin du Rhône.

International audience; Monitoring hydrophobic contaminants in surface freshwaters requires measuring contaminant concentrations in the particulate fraction (sediment or suspended particulate matter, SPM) of the water column. Particle traps (PTs) have been recently developed to sample SPM as cost-efficient, easy to operate and time-integrative tools. But the representativeness of SPM collected with PTs is not fully understood, notably in terms of grain size distribution and particulate organic carbon (POC) content, which could both skew particulate contaminant concentrations. The aim of this study was to evaluate the representativeness of SPM characteristics (i.e. grain size distribution and POC content) and associated contaminants (i.e. polychlorinated biphenyls, PCBs; mercury, Hg) in samples collected in a large river using PTs for differing hydrological conditions. Samples collected using PTs (n = 74) were compared with samples collected during the same time period by continuous flow centrifugation (CFC). The grain size distribution of PT samples shifted with increasing water discharge: the proportion of very fine silts (2-6 µm) decreased while that of coarse silts (27-74 µm) increased. Regardless of water discharge, POC contents were different likely due to integration by PT of high POC-content phytoplankton blooms or low POC-content flood events. Differences in PCBs and Hg concentrations were usually within the range of analytical uncertainties and could not be related to grain size or POC content shifts. Occasional Hg-enriched inputs may have led to higher Hg concentrations in a few PT samples (n = 4) which highlights the time-integrative capacity of the PTs. The differences of annual Hg and PCB fluxes calculated either from PT samples or CFC samples were generally below 20%. Despite some inherent limitations (e.g. grain size distribution bias), our findings suggest that PT sampling is a valuable technique to assess reliable spatial and temporal trends of particulate contaminants such as PCBs and Hg within a river monitoring network.

L'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), mis en place en 2009, vise à améliorer les connaissances scientifiques sur les dynamiques sédimentaires du fleuve et des contaminants associés. Les programmes précédents (OSR 2 et OSR 3), ont permis d'acquérir des informations plus précises sur la présence et les concentrations de contaminants prioritaires dans les matières en suspension du Rhône et de ses principaux affluents. Ce rapport vise à interpréter les données acquises par l'OSR sur les principales stations du réseau de suivi, en les complétant au préalable pour des substances non ou peu documentées, dans le but de formuler des recommandations à destination de l'AERMC concernant les substances à inclure dans un futur réseau de mesure des flux particulaires pérenne sur le bassin du Rhône. Pour ce faire, une démarche de priorisation et de sélection des substances pertinentes a été mise en oeuvre, à partir de critères tels que la présence dans les textes réglementaires, l'affinité pour les particules, la fréquence de quantification, la toxicité, etc. Au total, 298 substances ont été évaluées. Suite à cette démarche de priorisation, l'ensemble des données acquises sur les concentrations en contaminants des matières en suspension ont été regroupées et interprétées, afin d'établir un état des lieux détaillé des polluants prioritaires et émergents sur le bassin du Rhône en termes de tendances spatio-temporelles et de risque environnemental. L'influence des conditions hydrologiques et des saisons est également abordée. En parallèle, des analyses prospectives de méthylmercure, composés pharmaceutiques et hormones ont été menées sur des échantillons de matières en suspension prélevées sur le Rhône et plusieurs de ses affluents. Les résultats montrent que le Gier et la Bourbre sont les affluents sur lesquels les concentrations en ces contaminants émergents sont les plus élevées. En revanche, à Jons et Arles sur le Rhône, ces substances sont moins fréquemment quantifiées.

[Departement_IRSTEA]Eaux; International audience; Suspended particulate matter (SPM) flows in rivers are mainly due to soil erosion and anthropogenic activities. They contribute to the transport of a large amount of contaminants and can induce impacts on water quality and river ecosystem. To better manage these inputs in river systems, it is essential to identify the origin of sediments. In that way, SPM fluxes monitoring or fingerprinting approaches in rivers are increasingly addressed. In the frame of the Rhône sediment observatory (OSR) program, the Rhône River, which is the main sediment input to the Mediterranean Sea, is studied through several stations of measurement. Since 7 years, SPM were collected on the Rhône River and its tributaries for contrasting hydrological conditions allowing developing fingerprinting approaches. The aims of this study were to use major and trace element concentrations in the conservative fraction of SPM from the Rhône and its tributaries in order (i) to determine the actual relative contribution of SPM fluxes, with uncertainty, from tributaries to the Rhône River and (ii) to determine the historical SPM inputs of the tributaries by applying this approach on a sediment core. To determine the origin of sediment at given time and space, the use of conservative parameters is essential to avoid any tracer's transformations during particles transport. To assess element concentrations in the conservative fraction of SPM, samples were extracted by a total mineralization (HNO3, HCl, HF) and a soft extraction (HCl 1M). The discrimination of SPM and sediment sources were realized by using a Kruskal-Wallis test and a Discriminatory Factory Analysis to select element concentrations that could discriminate the main tributaries of the Rhône (Ain, Arve, Bourbre, Fier, Guiers, Saône, Isère, Durance). 17 discriminant elements were then integrated into a mixing model with uncertainty analysis using the Monte Carlo method. Our method allowed to correctly determining SPM origin in the Upper Rhône and downstream the confluence of the Rhône and Saône rivers, for contrasting hydrological conditions. These results were successfully confronted to SPM dynamics estimated by a hydro-sedimentary 1-D model or by using SPM and discharges data obtained via the OSR stations network. Determination of the SPM origin at the outlet of the Rhône is in progress in order to, first, integrate tributaries signatures from the downstream part of the Rhône and, second, to apply this method on a sediment core sampled at the outlet of the Rhône River. The results of the core analyses will allow defining a historical profile of sediment inputs at the outlet of the Rhône catchment.

International audience; Monitoring hydrophobic contaminants in surface freshwaters requires measuring contaminant concentrations in the particulate fraction (sediment or suspended particulate matter, SPM) of the water column. Particle traps (PTs) have been recently developed to sample SPM as cost-efficient, easy to operate and time-integrative tools. But the representativeness of SPM collected with PTs is not fully understood, notably in terms of grain size distribution and particulate organic carbon (POC) content, which could both skew particulate contaminant concentrations. The aim of this study was to evaluate the representativeness of SPM characteristics (i.e. grain size distribution and POC content) and associated contaminants (i.e. polychlorinated biphenyls, PCBs; mercury, Hg) in samples collected in a large river using PTs for differing hydrological conditions. Samples collected using PTs (n = 74) were compared with samples collected during the same time period by continuous flow centrifugation (CFC). The grain size distribution of PT samples shifted with increasing water discharge: the proportion of very fine silts (2-6 µm) decreased while that of coarse silts (27-74 µm) increased. Regardless of water discharge, POC contents were different likely due to integration by PT of high POC-content phytoplankton blooms or low POC-content flood events. Differences in PCBs and Hg concentrations were usually within the range of analytical uncertainties and could not be related to grain size or POC content shifts. Occasional Hg-enriched inputs may have led to higher Hg concentrations in a few PT samples (n = 4) which highlights the time-integrative capacity of the PTs. The differences of annual Hg and PCB fluxes calculated either from PT samples or CFC samples were generally below 20%. Despite some inherent limitations (e.g. grain size distribution bias), our findings suggest that PT sampling is a valuable technique to assess reliable spatial and temporal trends of particulate contaminants such as PCBs and Hg within a river monitoring network.

[Departement_IRSTEA]Eaux [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples [ADD2_IRSTEA]Hydrosystèmes et risques naturels; L'Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), mis en place en 2009, vise à améliorer les connaissances scientifiques sur les dynamiques sédimentaires du fleuve et des contaminants associés. Les programmes précédents (OSR 2 et OSR 3), ont permis d'acquérir des informations plus précises sur la présence et les concentrations de contaminants prioritaires dans les matières en suspension du Rhône et de ses principaux affluents. Ce rapport vise à interpréter les données acquises par l'OSR sur les principales stations du réseau de suivi, en les complétant au préalable pour des substances non ou peu documentées, dans le but de formuler des recommandations à destination de l'AERMC concernant les substances à inclure dans un futur réseau de mesure des flux particulaires pérenne sur le bassin du Rhône. Pour ce faire, une démarche de priorisation et de sélection des substances pertinentes a été mise en oeuvre, à partir de critères tels que la présence dans les textes réglementaires, l'affinité pour les particules, la fréquence de quantification, la toxicité, etc. Au total, 298 substances ont été évaluées. Suite à cette démarche de priorisation, l'ensemble des données acquises sur les concentrations en contaminants des matières en suspension ont été regroupées et interprétées, afin d'établir un état des lieux détaillé des polluants prioritaires et émergents sur le bassin du Rhône en termes de tendances spatio-temporelles et de risque environnemental. L'influence des conditions hydrologiques et des saisons est également abordée. En parallèle, des analyses prospectives de méthylmercure, composés pharmaceutiques et hormones ont été menées sur des échantillons de matières en suspension prélevées sur le Rhône et plusieurs de ses affluents. Les résultats montrent que le Gier et la Bourbre sont les affluents sur lesquels les concentrations en ces contaminants émergents sont les plus élevées. En revanche, à Jons et Arles sur le Rhône, ces substances sont moins fréquemment quantifiées.

Les caractérisations granulométriques au sein de l’OSR sont prévues pour les matières en suspension, les sédiments charriés par le Rhône et ses affluents ainsi que la charge de fond. Les laboratoires impliqués dans ces caractérisations sont tous expérimentés dans ces analyses et il existe des protocoles bien rôdés pour les différents granulomètres. La singularité de l’OSR est la mise en commun des résultats pour la compréhension des processus sédimentaires et des dynamiques fluviales du Rhône. Comparer les résultats est donc devenu un objet d’étude. Ce rapport vise à évaluer :-La validité des distributions granulométriques obtenues sur les différents équipements à partir de différentes origines sédimentaires ;-La répétabilité de ces résultats par appareil et pour les différents types de prélèvements de matières en suspension (MES) -La variabilité de ces résultats entre les différents appareils utilisés ; et en fonction des conditions d’analyse et de stockage-L’évaluation des intervalles d’incertitudes en fonction des conditions de prélèvements, de l’appareil utilisé et des gammes de tailles de particules analysées.Pour évaluer ces différents points, l’étape initiale a été de définir les paramètres de mesure les plus adaptés. Ainsi, trois paramètres clés ont été définis : i) la gamme d’obscuration optimale pour chaque appareil et pour différentes classes de tailles de particules ; ii) l’utilisation des ultrasons pendant la mesure et iii) le modèle optique à utiliser (avec détermination d’un indice de réfraction approprié). L’exercice d’intercomparaison a ensuite été réalisé à partir :-d’un choix d’échantillons à analyser pour caractériser les différences des appareils : standards certifiés, composites de standards, composites d’échantillons naturels pré-caractérisés et échantillons prélevés dans le cadre de l’OSR.-d’un choix de paramètres descriptifs pour permettre la comparaison des distributions granulométriques : D50, classes de tailles simples et détaillées ainsi que surface spécifique.Les analyses des différents échantillons ont permis de montrer que les résultats des appareils de laboratoires sont généralement similaires mais que les appareils mobiles de terrain estiment très mal les textures sableuses. Toutefois il convient de suivre plusieurs recommandations émises à la suite de ces travaux afin de réduire les écarts constatés entre les appareils. De même, le choix du paramètre descriptif à utiliser dépend principalement des besoins des utilisateurs. Une synthèse sur les méthodes d’interprétation des distributions granulométriques est réalisée. Les principaux indices ou coefficients de descriptions classiques des distributions granulométriques sont présentés (e.g. grain médian, médiane, mode, paramètres d’asymétrie…). En fonction des attentes scientifiques, ces paramètres ne permettent pas toujours une description optimale des données. Une nouvelle méthode d’interprétation des données par décomposition des distributions granulométriques développée par Marina Launay (2014) est proposée et détaillée. Les premiers tests montrent que cette méthodologie peut être adaptée aux échantillons de l’OSR et qu’elle pourrait apporter des éléments de réponses diverses sur la bancarisation des données, le traçage de l’origine des particules ou le fonctionnement des outils de prélèvements de matières en suspension comme le piège à particules.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; National audience

Underwater Acoustics Conference and Exhibition 2017, Skiathos, GRC, 03-/09/2017 - 08/09/2017; International audience; Following the success of Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) technology for measuring river discharge, there has been a growing interest in the last decade in extracting information on river suspended sediment fluxes from acoustic backscatter data. Despite the efforts to find a relationship between suspended sediment concentration (SSC) and backscatter, an inversion technique applicable to vertical river backscatter profiles is still missing. The theoretical and empirical bases of such techniques have been originally developed for ocean bottom suspended sediment monitoring. As a first step in our attempt to adapt these models to rivers, we measured the acoustic response of a usual glass beads suspension in a tank. Unsurprisingly, the acoustic model agrees quite well with the measurements as soon as the effect of air micro-bubbles is limited. As a second step, we deployed an acoustic backscatter profiler in the Rhône River (France) in very clear water conditions (SSC < 10 mg/l). The recorded acoustic intensities were stronger than expected at low frequency, suggesting that other scatters may contribute to the recorded echo. Typical river sediment suspensions are expected to produce weak backscatter signal, especially at common ADCP frequencies, due to small particle sizes (Rayleigh regime) and relatively low concentrations. In such conditions, the impact of air micro-bubbles - generally neglected at the bottom of the ocean - could be relevant in rivers. This preliminary work calls for further investigation to assess the potential impact of nonsediment scatterers on acoustic backscatter when trying to measure SSC with sonar technologies in rivers.

Coccoliths, in cells or detached, from coccolithophores are calcite plates with highly backscattering signal.Coccolithophore blooms are visible from space and are currently quantified by Calcite algorithm fromNASA applied to Ocean Color data. Coccoliths impact also the Suspended Particulate Matters (SPM) product from Ifremer, well established in the Northwest european continental shelf. Although these algorithms are independent, they are based on the same basic concepts, but Ifremer algorithm is more adaptable and allows to link up with other particles than coccoliths, as the resuspended matters or aggregates.Coccolithophore blooms identification over 18 years, from bay of Biscay to South Irelands has been established by a spectral method, allowing to discriminate coccoliths from SPM. Blooms follow the continental slope northward in connection with the seasonal variability of irradiance. The interannual variability observed indicates a slight decrease of blooms, with a very poor productive year in 2014.Data from PELGAS cruises in May in the Bay of Biscay highlight the strong correlation between SPM product and the in situ turbidity in coccolithophore blooms.This parameter can be considered a a good proxy for the blooms monitoring and for the description of their vertical structure. Hydrological in situ data show a stronger occurrence in less stratified environment, with lower temperatures and higher salinity.The sensitivity of the satellite to the presence of coccoliths has benn evaluated based on in situ observations from cruises in the Bay of Biscay and in Patagonia. This sensitivity is variable due to a lot of inherent factors, to the coccoliths/coccospheres proportion and to the taxonomic composition which has been rich in May 2016 in the Bay of Biscay., Les coccolithes, dans les cellules ou détachés, des coccolithophores sont de petites plaquettes de calcite diffusant fortement la lumière. Les efflorescences sont donc très visibles de l’espace et sont couramment quantifiées par l’algorithme Calcite de la NASA appliqué aux données des capteurs de la Couleur de l’Eau.Les coccolithes impactent aussi le produit des matières en suspension non-algales de l’ifremer (MES) largement utilisé sur le plateau continental ouest-européen. Bien que développés indépendamment, ces algorithmes sont basés sur des concepts très proches mais l’algorithme Ifremer est plus souple dans sa modélisation et permet d’établir un lien avec les particules autres que les coccolithes telles les remises en suspension ou les agrégats de particules. L'identification des blooms de coccolithophores sur 18 ans, duGolfe de Gascogne jusqu'au sud de l'Irlande, a été établie par une méthode spectrale, permettant de discriminer la fraction de MES correspondant aux coccolithes. Les blooms suivent le talus au printemps avec une progression vers le nord bien reliée à la variabilité saisonnière de la lumière. La variabilité interannuelle observée indique une légère décroissance globale des blooms, avec une année 2014 aux abondances extrêmement faibles sur toute la région.Les données des campagnes PELGAS en mai dans le Golfe de Gascogne ont mis en évidence la forte corrélation entre le produit MES et la turbidité in situ sur les blooms de coccolithophores. Ce paramètre peut être considéré comme un bon proxy pour le suivi des blooms et pour la description de leur structure verticale.Les données hydrologiques in situ montrent une occurrence plus forte des blooms dans un environnement moins stratifié, des températures plus froides et une salinité plus élevée.La sensibilité de la méthode satellite face à la présence réelle de blooms de coccolithophores a pu être évaluée grâce aux observations in situ de campagnes menées dans le Golfe de Gascogne et en Patagonie.Cette sensibilité reste variable car dépendante de nombreux facteurs intrinsèques aux blooms, liés à la proportion coccolithes/coccosphères et à leur composition taxonomique, qui s’est avérée très riche en mai2016 dans le Golfe de Gascogne.

Monitoring the phytoplankton concentrations and the suspended sediment concentrations (SSC) by the use of remote sensing tools was studied for years by the « water color » scientific community, especially in open oceans and in coastal areas. Contrastingly, the use of satellite products to follow the transfer of suspended particulate matter (SPM) within inland waters was poorly achieved. Since 2003, the National Observation Service HYBAM collect water samples and perform radiometric measurements in the entire Amazon basin, in order to retrieve the SSC and estimate the optical response of the sediment load at various stations. This dataset allowed to establish consistent relationships between apparent optical properties (AOPs) and SSC, and an operational monitoring of SSC by remote sensing was instituted. However a part of these relationships remains not fully understood, and this variability was not explained yet. To better understand this variability among large river basins, we performed a detailed analysis of the optically active components of the suspended sediments, in terms of mineralogical determination and estimation of particle size distribution (PSD). A method of SPM characterization into 15 distinct mineralogies was developed using dispersive energy X-ray spectroscopy measured with scanning electron microscopes and analysed with machine learning tools (PAM, randomForest). Measurements showed a great spatial and temporal consistency on the Solimões River and the singularity of the Madeira River (Brazil). A modeling procedure induced the simulations of the optical properties as functions of the characteristics of mineralogy and grain size of the suspended sediments. Those simulations allowed to highlight the important contributions of the imaginary part n’ of the refractive index of the particles and of the proportion of small particles (less than 10 µm diameter) in the absorption and backscattering capacities of the middle. The physical and chemical characteristics of the suspended material explained the variability observed in the Amazon River basin between two different periods of the hydrological cycle. Notably, our results showed that the hysteresis observed on the Rrs-SSC relationship of the Madeira River at infra-red wavelengths can be explained by the seasonal changes in grain size and mineralogy, and particularly a decrease of n’ values and a shift towards finer particles in rising water stage. A comparative study was realized on the Bagré reservoir (Burkina Faso) in the Volta River basin, where the SSC were defined as spatially and temporally highly contrasted. Measurements of AOPs were realized and water samples were collected and analysed in August 2015, covering large ranges of values. This study allowed an evaluation of various satellite sensors performance (Spot5 (Take5), Landsat 8 OLI, Sentinel-2 MSI), to quantify the SSC from mono-band or multi-bands algorithms. This analysis lies on in situ measurements and on bio-optical modeling procedure locally calibrated. The use of the band ratio Near Infra-Red / Red (such as Rrs850/Rrs670) was found as the most reliable in high SSC estimation (> 100 mg.l-1) from satellite reflectances.; La thématique « couleur de l’eau » permet de suivre les flux de matières en suspension (MES) à travers les outils de télédétection depuis de nombreuses années en milieux océaniques et côtiers. L’étude de ces flux en milieu continental est beaucoup plus récente et a été peu appliquée aux cours d’eau des grands bassins versants du monde où les transferts en matière particulaire d’origine sédimentaire sont extrêmement importants. Cependant, au sein du bassin amazonien, la base de données du Service National d’Observation HYBAM a permis de mettre en évidence des relations fortes entre les propriétés optiques apparentes (AOPs) des eaux de surface et les concentrations en MES, de sorte qu’un suivi satellitaire opérationnel de ces concentrations a été mis en place. Malgré tout, une partie de la variabilité de ces relations entre AOPs et concentrations demeure encore inexpliquée. Pour mieux comprendre cette variabilité au sein des grands bassins versants, une caractérisation détaillée des MES en termes de granulométrie et de minéralogie a été réalisée dans le cadre de cette thèse lors de campagnes d’échantillonnages sur le terrain. Une méthode de caractérisation des MES en 15 groupes minéralogiques a été mise au point sur la base des spectres d’énergie dispersive des particules mesurés par microscope électronique à balayage et analysés par des outils statistiques d’apprentissage automatisé (PAM et randomForest). Les mesures ont souligné la grande stabilité spatio-temporelle des minéralogies observées sur le fleuve Solimões et la singularité du fleuve Madeira (Brésil). Les données récoltées ont également permis de déterminer la distribution granulométrique des MES et de calibrer les paramètres d’un modèle optique, dont la partie imaginaire n’ de l’indice de réfraction des particules en suspension. Les pentes granulométriques et le paramètre n’ agissent de façon conséquente sur les capacités d’absorption et de rétrodiffusion des eaux amazoniennes, notamment dans les domaines rouge et infra-rouge du spectre de la lumière, pouvant ainsi infléchir la relation entre AOPs et concentrations en MES en fonction de la période du cycle hydrologique. Nos résultats ont également montré que l’hystérésis de la relation saisonnière Rrs-MES sur le fleuve Madeira dans le proche infra-rouge s’explique par les variations saisonnières de composition minéralogique et de granulométrie, en particulier par une diminution de n’ et une population plus importante de particules fines en montée de crue. Une étude comparative a ensuite été réalisée sur le lac de Bagré (Burkina Faso) dans le bassin de la Volta. Elle a permis d’évaluer les performances de différents capteurs satellitaires (Spot-5 (Take5), Landsat-8 OLI, Sentinel-2 MSI) pour quantifier les MES à partir d’algorithmes mono-bande ou multi-bandes. Cette analyse repose sur les paramètres mesurés in situ et sur une modélisation bio-optique calibrée sur le site. Le rapport de bande Proche Infra-rouge sur Rouge (comme le ratio Rrs850/Rrs670) s’est avéré le meilleur pour estimer les fortes concentrations en MES (supérieurs à 100 mg.l-1) à partir des réflectances.

Particulate matters are a central point in the assessment of water bodies. A wide range of techniques is available for sampling of particulate matters (TSS / Sediment) in aquatic systems. The relevance of each technique is determined by the flows and dynamics of the particulate matters, the data requirements (limit of quantification, accuracy, uncertainty, representativity ...) and available resources. These factors determine the sampling strategy and method to be adopted and how the sample should be handled (transported and stored) after collection. It is therefore essential to pay particular attention to the following question: Which sampling approach (s) will provide the most representative sample? Sediment traps are collectors, boxes, or baskets, placed in the water column and which capture the particulate matters continuously by decantation. Once deployed, the water passes through the system in which a decrease in the velocity of the flow occurs, causing the particulate matters to decant in the tool. The objective of this action is to evaluate the potential of sediment traps in the monitoring of chemical contamination of aquatic environments. The main observations show that sediment traps can be integrated into strategies for the chemical monitoring of aquatic environments' contamination, in particular to: - Integrate the variability of contaminant concentrations in particulate matter; - Track chemical contamination of water bodies; - Improve the representativeness of the assessment of chemical contamination of aquatic environments by an integrated measure, in addition to integrative samplers; - Meet chemical monitoring requirements for EQS and whole water; in addition to passive integrative samplers; - Estimate flows of particulate contaminants.; La prise en compte des particules est un point central de l'évaluation des masses d'eaux. Un large éventail de techniques est disponible pour l'échantillonnage des particules (MES/Sédiments) dans les systèmes aquatiques. La pertinence de chaque technique est déterminée par les flux et dynamiques des particules, les exigences sur les données (limite de quantification, exactitude, incertitude, représentativité, ...) et les ressources disponibles. Ces facteurs déterminent la méthode d'échantillonnage à adopter et la manière dont l'échantillon devra être manipulé (transporté et stocké) après la collecte. Il est donc indispensable de porter une attention particulière à la question suivante : quelle(s) approche(s) d'échantillonnage fournira (ont) 'échantillon le plus représentatif ? Les pièges à particules sont des collecteurs, boîtes, ou paniers, placés dans la colonne d'eau et qui capturent les particules en continu par décantation. Une fois déployé, l'eau passe au travers du système au sein duquel une diminution de la vitesse du débit s'opère, provoquant la décantation des particules dans l'outil. L'objectif de cette action est d'évaluer le potentiel des pièges à particules dans le cadre de la surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques. Les principales observations démontrent que les pièges à particules peuvent être intégrés dans des stratégies de surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques, notamment pour : - Intégrer la variabilité des concentrations en contaminants dans les particules; - Suivre en tendance la contamination chimique des masses d'eau ; - Améliorer la représentativité de l'évaluation de la contamination chimique des milieux aquatiques par une mesure intégrée, en complément d'échantillonneurs intégratifs ; - Répondre aux exigences de surveillance de l'état chimique NQE et fraction eau totale ; en complément d'échantillonneurs intégratifs passifs ; - Estimer des flux de contaminants particulaires

Iron and its compounds, in particular iron (hoxyhydr)oxides are ubiquitous in both nature and human activity, and are sensitive to environmental conditions. They can hence be used as environmental source and process tracers.This thesis focuses on tracing the human activities impact in the ferruginous compound of the suspended particulate matter (SPM) in the Seine River (France) using environmental magnetism tools.SPM sampling was conducted along the Seine path and its tributaries during different hydrological contexts. Magnetic properties were measured to characterize the ferruginous magnetic particles and to examine their relationship with the environment in which they have been formed.The main magnetic carrier is magnetite. It is concentrated in the fine sediment fraction and its magnetic properties can be used to trace the sediment load and hydrodynamic processes of the Seine.Increases in concentration and grain size of magnetite particles are associated to urbanization and industrial activities which are sources of anthropogenic particles. Significant variations can be observed between upstream and downstream of confluences and in the temporal scale and can be associated to hydrodynamic processes such as dilution, accretion, transport and re-suspension of the ferruginous particles.; Le fer et ses composés, notamment les (oxyhydr)oxydes, sont présents dans la nature et produits par les activités anthropiques. Ce caractère ubiquiste du fer et sa sensibilité aux conditions environnementales en fait un excellent traceur de sources et de processus.Cette thèse a pour objectif de tracer l’impact de l’Homme sur les matières en suspension (MES) de la Seine à partir des propriétés magnétiques de sa fraction ferrugineuse en utilisant les outils et méthodes du magnétisme environnemental.Un échantillonnage des MES a permis de couvrir le cours de la Seine et ses affluents durant différents contextes hydrologiques. Des analyses ont été conduites sur ces MES afin de caractériser les particules ferrugineuses magnétiques et d'examiner leurs relations avec les conditions environnementales dans lesquelles elles se sont formées et/ou ont évolué.La magnétite apparait comme l’oxyde dominant et montre une forte affinité avec la fraction fine des MES et ses propriétés magnétiques peuvent être utilisées pour décrire la charge sédimentaire de la Seine et les phénomènes de remise en suspension.Des augmentations de tailles et de concentration de magnétites sont associées à l’urbanisation et aux activités industrielles. Les variations spatiales entre amont et aval des confluences et les variations temporelles montrent que le cours d’eau joue un rôle dans les mécanismes d’accumulation, transport et dilution de ces particules.

Suspended Particulate Matter (SPM) in rivers, are constituted of colloidal and particulate matter, and described as heterogeneous aggregates of mineral, organic and biological phases which display high and reactive surface area. This study aimed to investigate the spatial and temporal composition evolution (Mineral and organic) of SPM along the Moselle River (Lorraine, France). SPM were collected at different stations along the river and at different regime flow. Macroscopic and microscopic studies were performed in order to characterize natural SPM. The second objective was to investigate the reactivity of SPM toward metallic contaminants. The results showed that the grain size distribution, elemental composition and mineralogy of SPM along the Moselle River and during different regime flow showed only slight variations, except for the Fensch and Orne tributaries, two rivers that were impacted by inherited steel making industrialization and different land use. The results also revealed that the catchment geology greatly contributed to the SPM composition in the river and highlighted the fact that SPM play a high contribution in TMEs and REEs transportation. The SPM organic matter characterization also showed slight variations through the catchment revealing the diffuse pollution in a catchment of this size. Seasonal variations were observed with strong autochthonous production during low flow level in summer. Regime flow increase resulted in the decrease of TOC content and in the presence of more degraded OM. Except for Fensch and Orne stations, surface properties of SPM are similar in relation with SPM composition. This study also showed that Zn association mode differed with different Zn concentrations. The comparison between Zn association mode on lab controlled particles and natural SPM revealed the contribution of phyllosilicates in zinc transport, Les matières en suspension (MES) sont constituées de colloïdes et particules et sont couramment décrites comme des agrégats hétérogènes formées de phases minérales, organiques et biologiques et possédant une forte réactivité de surface. Cette étude vise à étudier l’évolution de composition spatiale et temporelle des MES de la rivière Moselle (Lorraine, France) et également d’étudier la réactivité des MES vis-à-vis de contaminants métalliques. Les MES ont été collectées à différentes stations le long de la rivière Moselle et selon différents régimes hydriques. Des études microscopiques et macroscopiques ont été réalisées dans le but de caractériser les MES. Les résultats ont montré que la composition minérale des MES était relativement constante (1) le long de la Moselle (2) durant différents régimes hydriques et que la géologie du bassin versant contribuait grandement à la composition des MES. Les affluents de la Fensch et de l’Orne, deux rivières impactées par l’héritage industriel ont cependant montré la présence de particules d’origine anthropique. Cette étude a également montré le rôle majeur des MES dans le transport des TMEs et REEs quel que soit le débit. La caractérisation organique des MES a également montré des variations atténuées révélant l’aspect intégrateur d’un bassin versant de cette taille. Des variations saisonnières ont tout de même été observées avec une production autochtone plus élevée durant l’été. L’augmentation du débit a engendré une diminution de la teneur en matière organique ainsi que la présence d’une matière organique plus dégradée. Hormis les stations sur la Fensch et l’Orne, les propriétés de surface des MES sont homogènes, en relation avec la composition des particules. Les études ont également montré que le zinc s’associait de manière différente selon la quantité de zinc en solution. Enfin, l’étude comparée du mode d’association du zinc sur les composés modèles et les MES naturelles a montré la contribution des phyllosilicates dans le transport du zinc

Colloque avec actes et comité de lecture. internationale.; International audience; La société Saint Dizier environnement a aménagé des bassins de décantation des eaux de ruissellement sur l’autoroute A9 en Suisse en 2011. Les travaux ont consisté à dimensionner et à réaliser des aménagements des ouvrages de décantation existants, afin d’améliorer leurs performances épuratoires, par la mise en œuvre de structures alvéolaires de décantation. Une vitesse de chute inférieure à 3 m/h a été retenue pour le dimensionnement. Près de deux ans après ces travaux, une évaluation des performances de deux ouvrages a été réalisée : les Sablons, et l’Ile d’Epine. Une analyse granulométrique a mis en évidence l ́efficacité de la décantation lamellaire : 50%des particules ont un diamètre inférieur à 19,2 μm. Les boues sont chargées en hydrocarbures et polluants (HAP, métaux lourds). La méthodologie audit-dimensionnement et conception - aménagement du bassin est reproductible pour l ́ensemble des ouvrages, aussi bien en construction qu ́en réhabilitation.

The objective of this thesis is the development and the validation of a numerical tool to estimate the trapping efficiency of settlers. The Euler-Lagrange approach is chosen to simulate the flow and the sediment transport. New particle/wall interaction conditions are developed to take into account the geometric and hydrodynamic characteristics to enable the deposit. The numerical model is compared to four sets of experimental data. All these experiments enable to study a wide range of parameters that describe the flow and the solid transport. The comparison between the numerical and experimental results shows that the model is able to estimate the trapping efficiency of particles in a settler with an accuracy of about 5 percent when the particles settle all over the bed of the basin and about 10 percent in case of located deposits.; L’objectif de cette thèse est le développement et la validation d’un outil numérique permettant d’évaluer la performance d’un ouvrage de décantation. L’approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l’écoulement et du transport solide. De nouvelles conditions d’interaction particule/paroi permettent de restreindre le dépôt aux zones présentant des caractéristiques géométriques et hydrodynamiques favorables. Le modèle numérique est confronté à quatre jeux de données expérimentales. L’ensemble de ces expérimentations permettent d’investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l’écoulement et du transport solide. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l’abattement des particules dans un ouvrage de décantation avec une précision de l’ordre de 5 pourcents lorsque les dépôts ont lieu sur l’ensemble du fond et de 10 pourcents dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles.

The good management of wastewater systems is essential to meet the technical, environmental and regulatory. It requires better understanding of the pollutant loads discharged to the event and annual scales, to improve the operation and management of networks to ultimately minimize untreated emissions. This thesis aims to study the influence of a singularity, namely a confluence, on the spatial and temporal representativeness of velocity and solid upstream and downstream of the main branch, to improve understanding the dynamics of pollutants in wastewater systems. For this, combined studies on continuous monitoring of the flow and quality parameters of wastewater with the study of repartition of velocity and concentrations. It has been shown that the contribution of the side branch has an influence on the hydraulic and the spatial distribution of both upstream and downstream velocity and concentrations. Sampling of velocity on dry weather showed the presence of the maximum velocity below the free surface. For solids, it has been noted vertical gradients of concentrations indicating the presence of the dense layer at the bottom or at the water-sediment interface. The pH ranges of conductivity and turbidity and flow concentrations of various pollutants parameters (SS, COD, major cations and anions) were determined. It has been shown the effect of the variability of the flow velocity on the growth of biofilm in sewer networks., La bonne gestion des réseaux d’assainissement est un élément essentiel pour répondre à des objectifs techniques, environnementaux et réglementaires. Elle nécessite de mieux connaître les charges polluantes déversées aux échelles événementielle et annuelle, d’améliorer le fonctionnement et la gestion des réseaux pour, à terme, minimiser les rejets non traités. Cette thèse a pour objectif d’étudier l’influence d’unesingularité, en l’occurrence une confluence, sur la représentativité spatiale et temporelle des vitesses et des solides en amont et en aval de la branche principale, afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des polluants dans les réseaux d’assainissement. Pour cela, on a combiné des études sur le suivi en continu du débit et des paramètres de qualité des eaux usées avec des études de champs de vitesses et de concentrations. On a montré que l’apport de la branche latérale a une influence sur l’hydraulique, ainsi que la répartition spatiale de vitesses et deconcentrations amont et aval. Les échantillonnages de vitesses par temps sec ont montré la présence de la vitesse maximale en dessous de la surface libre. Pour les solides, on a noté des gradients verticaux de concentrations indiquant la présence de la couche dense au fond ou à l’interface eau-sédiment. Les gammes de pH, de conductivité et de turbidité, ainsi que les flux de concentrations de divers paramètres polluants (MES, DCO, cations et anions majeurs) ont été déterminés. On a montré l’effet de la variabilité de la vitesse d’écoulement sur la croissance du biofilm en réseaux.

The good management of wastewater systems is essential to meet the technical, environmental and regulatory. It requires better understanding of the pollutant loads discharged to the event and annual scales, to improve the operation and management of networks to ultimately minimize untreated emissions. This thesis aims to study the influence of a singularity, namely a confluence, on the spatial and temporal representativeness of velocity and solid upstream and downstream of the main branch, to improve understanding the dynamics of pollutants in wastewater systems. For this, combined studies on continuous monitoring of the flow and quality parameters of wastewater with the study of repartition of velocity and concentrations. It has been shown that the contribution of the side branch has an influence on the hydraulic and the spatial distribution of both upstream and downstream velocity and concentrations. Sampling of velocity on dry weather showed the presence of the maximum velocity below the free surface. For solids, it has been noted vertical gradients of concentrations indicating the presence of the dense layer at the bottom or at the water-sediment interface. The pH ranges of conductivity and turbidity and flow concentrations of various pollutants parameters (SS, COD, major cations and anions) were determined. It has been shown the effect of the variability of the flow velocity on the growth of biofilm in sewer networks., La bonne gestion des réseaux d’assainissement est un élément essentiel pour répondre à des objectifs techniques, environnementaux et réglementaires. Elle nécessite de mieux connaître les charges polluantes déversées aux échelles événementielle et annuelle, d’améliorer le fonctionnement et la gestion des réseaux pour, à terme, minimiser les rejets non traités. Cette thèse a pour objectif d’étudier l’influence d’unesingularité, en l’occurrence une confluence, sur la représentativité spatiale et temporelle des vitesses et des solides en amont et en aval de la branche principale, afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des polluants dans les réseaux d’assainissement. Pour cela, on a combiné des études sur le suivi en continu du débit et des paramètres de qualité des eaux usées avec des études de champs de vitesses et de concentrations. On a montré que l’apport de la branche latérale a une influence sur l’hydraulique, ainsi que la répartition spatiale de vitesses et deconcentrations amont et aval. Les échantillonnages de vitesses par temps sec ont montré la présence de la vitesse maximale en dessous de la surface libre. Pour les solides, on a noté des gradients verticaux de concentrations indiquant la présence de la couche dense au fond ou à l’interface eau-sédiment. Les gammes de pH, de conductivité et de turbidité, ainsi que les flux de concentrations de divers paramètres polluants (MES, DCO, cations et anions majeurs) ont été déterminés. On a montré l’effet de la variabilité de la vitesse d’écoulement sur la croissance du biofilm en réseaux.

International audience; The presence of toxic metals in watersheds affected by acid drainage (AD) imposes a challenge for sustainable supply of water for cities, agriculture and industry. The formation and settling of metal-rich HFO (hydrous ferric oxides) and HAO (hydrous aluminum oxides) is a relevant mechanism for the attenuation of dissolved metals from AD, particularly for arsenic. Organic matter is known to alter the chemical speciation and key physical properties like particle size distribution (PSD) and settling velocity of HFO and HAO particle suspensions. However, available experimental studies focus either on chemical or physical properties. We used a suite of analytical techniques to probe the effects of organic matter on particle suspensions formed in natural waters and in laboratory model systems. Dissolved organic matter was added at different concentrations (0, 0.1, 0.3, 0.6, 1 and 1.5 mg C/L) to synthetic AD before neutralization with alkaline solutions. PSD and average particle size were measured with laser scattering transmissometry (LISST), while organic matter was characterized by total organic carbon (TOC) and UV-VIS spectrometry. Larger concentrations of organic matter lead to the formation of particle suspensions with larger particle volume and size. When 1.5 mg C/L were added, the total particle volume concentration increased from 0.67 to 23.74 μL/L, while the mean particle size increased from 102 to 176 μm. These results suggests that organic matter influences the fate of metals from AD. Undergoing measurements include total and dissolved metal analyses with total reflection X-ray fluorescence (TXRF) and ICP-OES to confirm increased removal of dissolved arsenic. The results from this research are necessary to understand the processes governing natural attenuation of metal contamination in fluvial systems affected by AD and to serve as the basis for enhanced natural attenuation schemes.

Les chasses de barrages ont un fort impact sur la morphologie et l’ecologie des rivieres. Un modele conceptuel est presente pour estimer l’evolution d’un “nuage” de matieres en suspension (MES) le long de l’Arc au cours d’une chasse effectuee annuellement. Ce modele a pour principale hypothese l’equilibre entre le taux de depot et le taux d’erosion et peut etre calibre a partir de trois parametres seulement. Ces derniers sont la diffusion moyenne le long de la riviere, la vitesse de propagation du pic de concentration et la forme du signal de concentration a l’aval du barrage (represente simplement par le maximum de concentration et la « largeur » du nuage). Il a ainsi permis de simuler aisement le flux de matieres en suspension engendre par la chasse de 2006, du barrage de Saint Martin la Porte jusqu’a Grenoble. Un test sur les mesures de 2005 et 2007 a montre que ce schema est transposable a d’autres chasses en ce qui concerne la vitesse de propagation et le terme de diffusion. Ces termes pourront etre utiles a la construction d’un modele 1D plus complexe. Les ecarts entre le modele et les observations pour le maximum de concentration ont de plus permis de reperer les zones potentielles de depot ou d’erosion.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; A long-term goal of the Rhône Sediment Observatory is to quantify suspended particles and associated contaminant fluxes along the Rhône River from Lake Geneva to the Mediterranean Sea, from hydrological event to annual scales. Facing the complexity to evaluate these fluxes, an original observation strategy was developed to produce dense datasets regarding liquid discharges, suspended particulate matterloads (from turbidity), particle-size, organic and inorganic contaminant concentrations from centrifuge or sediment trap samples. Eventually, continuous time-series and flux calculation were established and made available in an efficient database (BDOH/FluxOSR).

L'étang d'Amel, géré par le Conservatoire d'espaces naturels de Lorraine (CEN Lorraine), fait l'objet d'un suivi écologique rigoureux en raison de son statut de Réserve naturelle régionale acquis en 2006. Dans ce cadre, le CEN Lorraine s'est préoccupé du comblement actuel de l'étang par les matières en suspension (MES) transportées par les ruisseaux tributaires. En réponse à cette interrogation, des analyses hydrologiques et sédimentaires ont été effectuées sur le principal cours d'eau alimentant l'étang, le ruisseau de Boutésaulx. Ces analyses, réalisées pendant plus de trois ans, de décembre 2009 à avril 2013, couvrent deux cycles hydrologiques complets (d'octobre 2010 à septembre 2012) et fournissent un bilan des MES (origine et masse) effectué à partir d'un suivi hydrométrique continu et d'échantillonnages ciblés. Les données hydro-sédimentaires recueillies in situ permettent de caractériser finement les apports hydrologiques et sédimentaires de la principale émergence donnant naissance au ruisseau de Boutésaulx : la Fontaine de Senon. Celle-ci est essentiellement alimentée par les pertes localisées au pied des collines boisées du nord-ouest du bassin versant. À partir de nos calculs il apparaît que cette zone forestière, qui ne couvre que 18 % de la superficie du bassin, contribue à un peu plus de 40 % de la charge de MES aboutissant dans l'étang. Par ailleurs, sur cette même période, un dépôt d'environ 3,5 mm est venu colmater la moitié nord de l'étang. The pond of Amel is monitored by the Conservatoire d'espaces naturels de Lorraine (CEN Lorraine) and is subject to a rigorous ecological monitoring because of its status of Réserve naturelle régionale obtained in 2006. Within this framework, the CEN Lorraine worried about the current filling of the pond with suspended particulate matter (SPM) transported by the tributary brooks. For documenting this issue, hydrological and sedimentary analyses were carried out on the principal waterway supplying the pond, the brook of Boutésaulx. These analyses, conducted over three years, from December 2009 to April 2013, i.e. two complete water years (from October 2010 to September 2012), provide an assessment of suspended particulate matter (origin and mass) thanks to a continuous hydrometric monitoring and event-based sampling campains. The data collected allow to properly characterize the hydrological and sedimentary contributions of the main emergence giving rise to the brook of Boutésaulx, the Fountain of Senon. The latter is mainly fed by the losses confined at the foot of the wooded hills located in the northwest of the catchment. From our calculations over both water years, the forested area, which covers only 18 % of the surface of the basin, supplied a bit more than 40 % of the suspended load ending into the pond. Beside, over the same period, a layer of approximately 3.5 mm of sediments came to plug the northern half of the pond.

Alors que la formation d’un sol se compte en milliers d’années, sa disparition partielle ou totale peut survenir localement en quelques heures en réponse à un épisode pluvieux. Cette balance de temps largement déséquilibrée place l’érosion hydrique comme une des principales menaces pesant sur les sols à l’échelle mondiale. Et si les sols disparaissaient progressivement? Outre les pertes locales qui limitent les capacités ultérieures de production alimentaire, le transfert des particules fine vers l’aval peut entraîner l’envasement progressif des ouvrages, hydroélectriques par exemple, ou générer une dégradation de la qualité des masses d’eau par apport de nutriments (Carbone, Azote, Phosphore,...) ou de contaminants (pesticides, métaux,…) adsorbés. A l’échelle des bassins versants de petite et moyenne échelle (quelques centaines de km²) où ces problématiques peuvent être très marquées, les modèles numériques à base physique capables de simuler de manière spatialement distribuée des flux particulaires sont des outils très attendus par les décideurs. Malheureusement, les capacités prédictives de ces modèles sont encore très limitées. Parmi les différentes raisons expliquant la mise en défaut de ces modèles, la mauvaise prise en compte de la dynamique spatio-temporelle de la production et du transfert des flux solides à l’intérieur des bassins versants constitue un verrou majeur. Avancer dans la compréhension des flux particulaires implique donc une analyse des mécanismes basée sur d’autres grandeurs que les débits liquides et solides mesurés classiquement aux exutoires. De la même manière que la caractérisation de la fraction dissoute a permis ces dernières décennies d’améliorer la compréhension des fonctionnements hydrologiques des bassins versants en précisant l’origine, les chemins et les vitesses de l’eau, l’essentiel de notre approche consiste à revisiter les mécanismes contrôlant les transferts hydrosédimentaires en s’intéressant principalement aux caractéristiques physiques de la fraction particulaire en suspension. Par caractéristiques physiques des particules nous entendons à la fois les propriétés géométriques (tailles, formes, densités, vitesses de chute) qui vont conditionner les temps de transfert et les propriétés physico-chimiques (résistances à la désagrégation, propensions à la floculation, signatures spectrales) qui renseignent sur l’origine spatiale. Dans ce mémoire nous présentons pourquoi la mise en place de cette démarche nous a amené à développer des méthodologies ou des instruments originaux, que ce soit au laboratoire ou in-situ. Nous illustrons ensuite comment cette démarche peut nous amener par exemple à mieux comprendre le rôle de la variabilité spatio-temporelle des pluies dans la réponse hydrosédimentaire d’un bassin versant ou encore à identifier des processus clés de l’érosion non pris en compte à ce jour dans les modèles numériques.

International audience; Andean watersheds in Northern and Central Chile are naturally enriched with metals, many of them associated to sulfide mineralizations related to copper mining districts. The natural and anthropogenic influx of toxic metals into drinking water sources pose a sustainability challenge for cities that need to provide safe water with the smallest footprint. This work presents our study of the transformations of copper in the Yerba Loca-Mapocho system. Our sampling campaign started from the headwaters at La Paloma Glacier and continues to the inlet of the San Enrique drinking water treatment plant, a system feeding municipalities in the Eastern area of Santiago, Chile. Depending on the season, total copper concentrations go as high as 22 mg/L for the upper sections, which become diluted to

L'acumulation de sédiments dans les retenues de barrages hydro-électriques nécessite de procéder à des opérations régulières de désenvasement indispensables à leur bon fonctionnement.Ces opérations de vidange ont le plus souvent un effet destructeur sur la faune et la flore aquatique.Cet effet destructeur est principalement lié à une diminution de la concentration en oxygène dissous et une augmentation de la teneur en matières en suspension.La méthodologie présentée a pour but d'estimer préalablement à toute vidange les risques écotoxicologlques correspondant à une telle opération. Elle implique d'une part la description et l'analyse physico-chimique des sédiments en place, d'autre part la mesure en laboratoire de la consommation en oxygène dissous des matériaux remis en suspension au cours du temps.La fiabilité d'une telle procédure a été montrée en particulier à l'occasion de vidanges de retenues situées sur le cours de l'Isère.Le protocole est décrit précisément de façon à pouvoir guider les exploitants de retenues à l'occasion des opérations de vidange qu'ils dirigent., Sediment silting up in hydroelectric dams Implies regular draining operations in order to prevent disfunction of the dams.These operations often lead to drastic lethal affects on aquatic fauna and flora.A toxicological study has clearly shown two main factors responsible for acute toxicological effects : dissolved oxygen deficit and suspended solids increase.These effects have been quantified by experimental tests on Brown trout fry (Salmo trutta fario) the results of which are summarized.The second step consisted in the prediction of water quality evolution downstream during dam draining operation, regarding both factors suspected, in order to assess ecotoxicological hazard.The proposed methodology based on a sedimentological study made in Grangent dam, located on river Loire and immediately downstream of St. Etienne urban area, and in St. Hilaire dam situated on the river Isère downstream partIt consists in sampling cored sediments and in measuring dissolved oxygen kinetic by mixing sediments with water In a reactor.The sample conservation as carried out in jar glasses kept at 4 °C.Results are reproducible as long as residual dissolved oxygen concentration is higher than 3 mg/l. If this condition is respected, oxygen consumption is strictly dependent on suspended sediment concentration.An increase in test water temperature makes the oxygen consumption rise.In accordance with these results, recommendations for dissolved oxygen measures are about 5 g/l suspended sediment concentration, with an experimental temperature reaching the temperature observed during dam draining.The variability of the results for different samples depends on the dam studied. Surface tore samples collected in St. Hilaire dam consume dissolved oxygen faster than the same bottom tore samples.However, in Grangent dam, only one surface core sample collected near the dam construction has clearly shown reducing properties. The difference between two dam sediments is very important : Grangent dam sediment have, on average, dissolved oxygen consumption three more times higher than St. Hilaire in the same duration.Taking into account dissolved oxygen kinetics by mixed sediments, and a simple aeration model using water and sediment deposits from downstream dam, may expert both suspended sediment and oxygen consumption evolution.Hazardous mortality of trout fario fry in downstream dam are quickly graphically visualized.Dam draining operator may so assess, for different suspended sediment land the harmful exposition to fish at any distance from it.This knowledge allows him to plan more strictly floodgate working : pointly dissolved oxygen continuous measurement on downstream dam is sufficient to give a mark related to model hazard assessment.The model reliability has been demonstrated by the examination of data collected during St. Hilaire dam draining operation.

International audience; Lake Alaotra is the largest lake in Madagascar (456 km2). It is surrounded by marshland and irrigated perimeters of great economic value forming the “main rice granary” of the country. The basin also has an heritage and ecological value as a wetland protected by the Ramsar Convention (1971) and is home to a number of threatened endemic species. In reality the “lake” is just a vast shallow pool that seems doomed to silt up as the surrounding basin is affected by very strong erosion, the marks of which can be seen in the landscape («lavaka» or «tevana»). If Lake Alaotra is a transitional form destined to disappear, the question remains of how fast this will happen. In spite of repeated cries of alarm in the Malagasy media and also a few scientific affirmations, the silting up of the lake is not obvious. In a first approach, a critical analysis of arguments backing the hypothesis of rapid sedimentation in the lake is addressed. Subsequently, new data collected highlight the processes that effectively limit sedimentation, ranked from upstream to downstream these are: sand deposits by the overflows into the lacustrine plain, buffering by the aquatic vegetation in the marshes, resuspension of fine particles by wind and waves and their discharge related to currents and a probable subsidence. Significant sedimentation in the lake itself has not been shown, quite the opposite. Finally, local planning options are discussed. Priority must be given to improved land management in the catchment which affects both the large rice perimeters and the lake itself.; Le lac Alaotra est le plus grand lac de Madagascar (456 km2 à la cote moyenne de 751,20 m). Il est entouré de marécages et de périmètres irrigués de grande valeur économique formant le principal « grenier à riz » du pays. Cette cuvette a dans le même temps une valeur patrimoniale, écologique, puisqu’elle constitue une zone humide protégée par la convention de Ramsar (1971), abritant un certain nombre d’espèces endémiques menacées. En réalité le « lac » n’est qu’un vaste plan d’eau peu profond qui semble condamné à une disparition par sédimentation. Le bassin environnant est en effet affecté par une érosion très forte, dont les marques (« lavaka » ou « evana ») peuvent être facilement repérées dans le paysage. Si le lac Alaotra est une forme transitoire destinée à disparaître, la question demeure quant à la vitesse du phénomène. Malgré les cris d’alarme répétés dans les médias malgaches et aussi quelques affirmations scientifiques, l’envasement du lac n’est pas évident. Dans une première approche, une analyse critique des arguments soutenant l’hypothèse d’une sédimentation rapide dans le lac est établie. Dans un second temps, des données nouvellement collectées mettent en lumière les processus limitant effectivement la sédimentation. De l’amont vers l’aval, ce sont les débordements dans la plaine lacustre lors des crues accompagnées d’épandages sableux, l’effet d’écran protecteur joué par la végétation aquatique (« zetra ») dans les marais, la remise en suspension des particules fines par le vent et les vagues lors des épisodes de type cyclonique et leur décharge à l’exutoire, enfin un phénomène de subsidence très probable. Contrairement à une idée reçue, une sédimentation significative dans le lac lui-même n’est donc pas démontrée. En conclusion, des options de planification locales sont discutées. La priorité doit être impérativement donnée à l’aménagement des amonts, dont la protection conditionne concomitamment celle des grands périmètres rizicoles ainsi que celle du lac lui-même.

The growing awareness of the contamination of rivers has led to the establishment of more rigorous regulations related to urban waste, and to the setting of water quality objectives to be achieved for aquatic environment. However, grab sampling remains an important limitation for the estimation of contaminant flux, and the need for constant monitoring is present in both natural environment and urban sanitation. This study focuses on the quantification of the proportion of urban waste in the Grenoble area to the total flux of 1) suspended solids (TSS), 2) nutrients (nitrogen and phosphorus), 3) organic carbon and 4) metals trace element (MTE) of the receiving environment; the Isère (an alpine river). This work was supported by a network of continuous discharge measurements (Q) and TSS (turbidimetry), both upstream and downstream of Grenoble associated with regular sampling campaigns, with a higher measurement frequency during flood events. A spectrometric probe upstream was also placed upstream. Detailed measurement campaigns on major sub-basins of the sewerage network were performed during the study period as part of the sanitation master plan of Grenoble. The combination of these two approaches allowes to relate the spatio-temporal variations of TSS, nutrients, organic carbon and MTE in the urban water network of Grenoble and in the receiving environment (the Isère) for the years 2011 and 2012. Flows of the traced parameters have been established to determine the contribution of urban waste flows in the receiving environment, over these two years. Finally, a study on how to improve the flow calculations by the use of relations between MTE / particulate organic carbon (POC ) and a continuous measurable parameter (MES, Q ) was conducted in parallel with these results. Key words: suspended solids, Nutrients, metals trace element; Mercury; urban waste; turbidimetry and spectrometric probe, La prise de conscience grandissante de la contamination des cours d'eau a entraîné l'établissement de réglementations de plus en plus strictes concernant les rejets urbains et la fixation d'objectifs de qualité à atteindre pour les milieux aquatiques. Cependant, l'échantillonnage ponctuel reste une limite importante dans l'estimation des flux de contaminants, et le besoin de suivis en continu est présent dans le milieu naturel et dans les réseaux d'assainissement urbains. Cette étude porte sur la quantification de la part des rejets urbains de l'agglomération grenobloise dans les flux totaux de matières en suspension (MES), nutriments (azote, phosphore), carbone organique et éléments traces métalliques (ETM) du milieu récepteur Isère (une rivière alpine). Ce travail s'est appuyé sur un réseau de mesures en continu de débits (Q) et de MES (par turbidimétrie) à l'amont et à l'aval de l'agglomération et sur une sonde spectrométrique à l'amont, associé à des campagnes de prélèvements réguliers et renforcés pendant les épisodes de crues. Des campagnes de mesures détaillées sur les principaux sous bassins du réseau d'assainissement ont été réalisées durant la période d'étude dans le cadre du schéma directeur d'assainissement de l'agglomération grenobloise. Le croisement de ces deux approches a permis de confronter les variations spatio-temporelles des MES, nutriments, carbone organique et ETM du réseau et du milieu récepteur en 2011 et 2012. Les flux sur ces deux années ont été établis afin de déterminer la contribution des rejets urbains dans les flux du milieu récepteur. La contamination en mercure a fait l'objet d'un suivi particulier du fait de la présence d'une source significative de mercure dans la région. Enfin, une réflexion sur l'amélioration des calculs de flux par l'utilisation de relations entre les ETM/carbone organique particulaire (COP) et un paramètre mesurable en continu (MES, Q) a été menée en parallèle de l'exploitation de ces résultats. Mots-clés : Matières en suspension ; Dynamique des flux ; Nutriments ; Eléments traces métalliques ; Mercure ; Rejets urbains (par temps de pluie et temps sec), sondes de turbidité et spectrométrique.

The knowledge of particulate contaminant fluxes transported by rivers is crucial for the management of environmental pollution, but it is compromised by significant technological, methodological and scientific difficulties. Through an intensive observational effort made possible by the Rhône Sediment Observatory, this research focused on the spatio-temporal dynamics of particulate contaminant -mercury and PCBs- fluxes in the Rhône and its major tributaries as regards suspended particulate matters (SPM) contribution : the Arve, Saône, Isère and Durance rivers. The chosen and validated observation strategy is based on the quasi-continuous monitoring of discharge, SPM concentrations (by turbidimetry) and contaminant contents (using sediment integrative traps), associated with samples of reference (manual sampling or centrifugation) and a detailed characterization of particles in terms of grain-size and organic carbon contents. From measured and existing data, the study of spatio-temporal variability of parameters and of their factors of influence allowed us to propose and validate suitable methods for the quantification of particulate fluxes at the event, annual and inter-annual scales. These results provide a new insight into the particulate fluxes throughout the Rhône river system and highlight the importance of major hydro-sedimentary events and of the interactions with hydro-power schemes. Such complex hydro-sedimentary processes motivate the improvement of the numerical simulation of the Rhône river; La connaissance des flux de contaminants particulaires véhiculés par les cours d'eau est cruciale pour la gestion des pollutions environnementales, mais elle se heurte à d'importantes difficultés technologiques, méthodologiques et scientifiques. Grâce à un effort d'observation intensive rendue possible par l'Observatoire des sédiments du Rhône, ce travail de recherche s'est concentré sur la dynamique spatio-temporelle des flux de contaminants particulaires – mercure et PCB- au sein du Rhône et de ses principaux affluents contributeurs en matières en suspension (MES) : l'Arve, la Saône, l'Isère et la Durance. La stratégie d'observation choisie et validée privilégie un échantillonnage quasi-continu des débits, concentrations en MES (turbidimétrie) et teneurs en contaminants (par piège intégratif), associé à des prélèvements de référence (manuels, ou par centrifugation) et à une caractérisation détaillée des particules en termes de granulométrie et de taux de carbone organique. A partir des données ainsi mesurées et existantes, l'étude de la variabilité spatio-temporelle des différents paramètres et de leurs facteurs d'influence a permis de proposer et valider des méthodes adaptées pour la quantification des flux particulaires à l'échelle événementielle, annuelle et inter-annuelle. Ces résultats fournissent une nouvelle vision des flux particulaires dans le Rhône à l'échelle du réseau hydrographique, et soulignent l'importance des évènements hydro-sédimentaires majeurs et des interactions avec les aménagements hydro-électriques. Ces processus hydro-sédimentaires complexes motivent une contribution à l'amélioration de la simulation numérique du Rhône

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’Observatoire des sédiments du Rhône. Il a pour objectif le traçage de l’origine des sédiments dans le Rhône Aval en s’appuyant sur l’utilisation des données de la surveillance. Au total 220 échantillons de matières en suspension correspondant à 37 crues ont été prélevés entre 2000 et 2012. Les échantillons ont été classés en fonction du type de crue : cévenol, méditerranéen extensif, océanique et généralisé. Les épisodes cévenols présentent une signature spécifique caractérisée par des activités élevées en 238U, 232Th et 40K et un rapport d’activité 137Cs/239+240Pu bas. Cette signature reflète l’hétérogénéité des caractéristiques lithologiques et l’hétérogénéité des retombées en 137Cs de Tchernobyl dans le bassin versant rhodanien. La quantité totale de sédiments exportés en période de crue entre 2000 et 2011 a été estimée à 19,5 Mt. Les affluents pré-alpins représentent le principal pourvoyeur de sédiments, avec 53 % des apports totaux. Les crues généralisées conditionnent les quantités de sédiments exportés en fournissant 56 % de l’apport total en sédiment.

Suspended Particulate Matter (SPM) concentrations at various levels within the water column, together with salinity and temperature, were measured using water samples collected from six stations across the Straits of Dover. The sampling programme covered a 16-month period, undertaken during 23 cruises. On the basis of the spatial variability in the concentrations, the water bodies are divided by several boundaries, controlled by tidal and wind conditions. Within the water column, SPM concentrations were higher near the sea bed than in the surface waters. Throughout the cross-section, maximum concentrations occurred adjacent to the coastlines. Temporal variability in the SPM concentration exists on daily and seasonal scales within the coastal waters (4.2 to 74.5 mg L-1): resuspension processes, in response to semi-diurnal tidal cycles (with a period of around 12.4 h) and spring-neap cycles (with a period of 15 days) make significant contributions. Distinctive seasonal/annual concentration changes have also been observed. In the offshore waters, such variability is much less significant (0.9 to 6.0 mg L-1). In the summer the English Coastal Zone is associated with relatively high SPM concentrations: the Central Zone has a low and stable SPM concentration between these zones, there is a Transitional Zone, where there is a rapid response of SPM concentration to wind forcing. Finally, the French Coastal Zone is characterized by variable (sometimes high) SPM concentrations. Because of the zonation, SPM fluxes within the Dover Strait are controlled by different transport mechanisms. Within the Central Zone, the flux can be represented by the product of mean water discharges and SPM concentrations. However, within the coastal zones fluctuations in SPM concentrations on various time-scales must be considered. In order to calculate the maximum and minimum SPM fluxes, 10 cells were divided in the strait. A simple modelling calculation has been proposed for this complex area. The effect of spring-neap tidal cycles and seasonal changes can contribute significantly to the overall flux, which is of the order of 20 x 10(6) t.yr(-1) (through the Dover Strait, towards the North Sea). Such an estimate is higher than most obtained previously., Les concentrations pondérales de matières en suspension (MES) ont été mesurées, conjointement à la salinité et la température, sur six stations dans le détroit du Pas-de-Calais, au cours de 23 campagnes en mer programmées sur une période de 16 mois. Les variabilités spatiales des concentrations de MES permettent d'identifier des masses d'eaux dont les limites sont contrôlées par les conditions de marée et de vent. Dans la colonne d'eau, les concentrations de MES sont plus fortes près du fond qu'en surface. Dans le détroit du Pas-de-Calais, les concentrations maximales sont observées le long des côtes. Des variations temporelles des concentrations de MES sont observées à l'échelle journalière et saisonnière dans les eaux côtières (de 4,2 à 74,5 mg·L¿1), variations liées principalement à des phénomènes de remise en suspension au cours des cycles semi-diurnes de marée (période moyenne de 12,4 h) et au cours de cycles vives-eaux / mortes-eaux (période de 15 j). Des modifications de concentrations de MES à l'échelle saisonnière ou annuelle ont été également observées. Dans les eaux du large, ces variations sont nettement moins significatives (de 0,9 à 6,0 mg·L¿1). Pendant la période estivale, la zone côtière anglaise est caractérisée par des concentrations relativement fortes de MES, la zone centrale du Pas-de-Calais conservant de faibles valeurs de concentrations. Entre ces deux zones, se trouve une zone de transition, où l'élévation des concentrations de MES peut être rapide, en raison de la houle. Enfin, la zone côtière française est caractérisée par des concentrations de MES variables dans le temps. Les flux de MES dans le détroit du Pas-de-Calais sont contrôlés par des mécanismes de transport différents selon la zone considérée. Dans les eaux centrales, le flux peut être représenté par le produit des flux moyens d'eau par les concentrations de MES. Dans les eaux côtières, les variations des concentrations de MES doivent être appréhendées à plusieurs échelles de temps. Pour calculer les flux particulaires minimum et maximum, le détroit a été subdivisé en dix cellules. Un calcul simple de modélisation est proposé pour cette zone très complexe. Les cycles vives-eaux / mortes-eaux et les variations saisonnières peuvent modifier significativement le flux total, qui est de l'ordre de 20×106 t par an à travers le Pas-de-Calais, de la Manche vers la Mer du Nord. Cette estimation est plus élevée que celles obtenues antérieurement.