Modélisation de la pollution environnementale : application à la rivière Litani et à la pollution atmosphérique dans la vallée de Bekaa (Liban)

Modeling of the environmental pollution : applications to the Litani River and the air pollution in Bekaa Valley (Lebanon)

• Auteur / Autrice : Alya Atoui
• Direction : Régis Moilleron, Zaher Khraibani, Samir Abbad Andaloussi, Kamal Slim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
• Date : Soutenance le 18/01/2023
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains
• Jury : Président / Présidente : Sophie Ayrault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Moilleron, Zaher Khraibani, Samir Abbad Andaloussi, Kamal Slim, Sophie Ayrault, Mireille Batton-Hubert, Sarah Dorner, Ouafae Benrabah
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mireille Batton-Hubert, Sarah Dorner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution atmosphérique

Litani (cours d'eau)

Pollution de l'eau

Mots clés libres

Pollution de l’eau

Paramètres physicochimiques

Pollution atmosphérique

Théorie des valeurs extrêmes

Théorie de records

Théorie Chaotique

Water pollution

Physicochemical parameters

Air pollution

Extreme value theory

Record theory

Chaos theory

Résumé

La pollution de l’air, de l’eau et des sols, les effets du changement climatique, etc., sont des problèmes majeurs auxquels l’humanité est confrontée ces dernières décennies avec l’essor de l’anthropisation. L'objectif de cette thèse est de développer de nouvelles méthodes afin d’apporter des éléments de réponses pour faire face aux enjeux environnementaux, d'abord sur la qualité de la ressource en eau, qui constitue un véritable enjeu de société dans de nombreux pays, ensuite sur la qualité de l’air et ses conséquences en termes de pollution atmosphérique et donc de santé publique. Différentes approches ont ainsi été évaluées afin de proposer de nouveaux outils, qui seveulent efficaces et accessibles aux gestionnaires. Ces outils conduisent à la création de systèmes d'information basés sur la modélisation statistique qui permettent (i) d’étudier la dynamique des polluants environnementaux et (ii) de prédire leur évolution à court et moyen termes. Ainsi, la pollution de la rivière Litani qui représente, à la fois, un risque sanitaire (en raison de la dégradation de la ressource en eau pour la production d’eau potable) et un risque environnemental (perte de biodiversité) au Liban, a été suivie. Pour cela les paramètres physicochimiques disponibles sur plusieurs stations réparties sur la rivière Litani ont été collectés et exploités. Une méthode de classification dite « Stochastic Block Model », nouvelle en sciences de l’environnement, a été explorée pour classer les paramètres physicochimiques selon des approches inter- et intra- stations de surveillance. Ensuite, en utilisant la théorie du chaos sur une période de 11 ans (2008-2018), le comportement ainsi que l'évolution des paramètres physicochimiques ont été étudiés. Cette thèse a également considéré la pollution atmosphérique. Cette dernière constitue une des principales causes de dégradation de l’environnement au Liban. Les principales sources de polluants atmosphériques de la région de la Vallée de la Bekaa (sources de combustion, activités industrielles - raffineries, cimenteries, etc.) ont été considérées. Le but était, là encore, d’implémenter de nouveaux modèles statistiques en utilisant la théorie des valeurs extrêmes et la théorie des records pour mettre en place des stratégies de réduction des principaux polluants. Enfin, la prédiction de l'indice de qualité de l'air sur une courte période a été investiguée en utilisant différentes méthodes de prévisions.

Air, water and soil pollution, the effects of climate change, etc., are major problems that humanity is facing in recent decades with the rise of anthropization. The objective of this thesis is to develop new methods in order to bring elements of answers to face the environmental stakes, first on the quality of the water resource, which constitutes a real stake of society in many countries, then on the quality of the air and its consequences in terms of air pollution and thus of public health.Different approaches have been evaluated in order to propose new tools that are effective and accessible to managers. These tools lead to the creation of information systems based on statistical modeling which allow (i) to study the dynamics of environmental pollutants and (ii) to predict their evolution in the short and medium term.Thus, the pollution of the Litani River which represents, at the same time, a sanitary risk (because of the degradation of the water resource for the production of drinking water) and an environmental risk (loss of biodiversity) in Lebanon, was followed. For this purpose, the physicochemical parameters available on several stations distributed on the Litani River were collected and exploited. A classification method called "Stochastic Block Model", new in environmental sciences, was explored to classify the physicochemical parameters according to inter- and intra-station monitoring approaches. Then, using chaos theory over a period of 11 years (2008-2018), the behavior as well as the evolution of physicochemical parameters were studied. This thesis also considered air pollution. The latter is one of the main causes of environmental degradation in Lebanon. The main sources of air pollutants in the Bekaa Valley region (combustion sources, industrial activities - refineries, cement factories, etc.) were considered. The aim was, again, to implement new statistical models using the extreme value theory and the recordtheory in order to set up reduction strategies for the main pollutants. Finally, the prediction of the air quality index over a short period of time was investigated using different forecasting methods.