Développement d’approches infiltrométriques et modélisatrices pour la quantification des fonctions infiltration et filtration des sols urbains

Infiltrometry approaches of methods and models for quantifying urban soil infiltration and filtration functions

• Auteur / Autrice : Gersende Fernandes
• Direction : Laurent Lassabatère, Gislain Lipeme Kouyi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Hydrologie, physique des sols
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020; Soutenance le 27/11/2023
• Etablissement(s) : Vaulx-en-Velin, École nationale des travaux publics de l’État
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....)

Mots clés

Mots clés libres

Infiltration

Nanoparticules

Transferts

Modèles

Développement expérimental

Infiltration

Nanoparticles

Transfert

Models

Experimental developments

Résumé

Les objectifs précis visés dans le cadre de la thèse sont donc la validation du dispositif et des nanoparticules mises à disposition, l’optimisation des procédures expérimentales d’infiltration et d’injection des nanoparticules, et la modélisation associée avec le modèle fourni. La thèse bénéficiera du dispositif d’infiltration – injection déjà prêt et validé sur le terrain, des nanoparticules fournies, et de la version préliminaire du code de calcul mis à disposition par le DEEP. Cette thèse comprend deux volets. Le premier concerne l’expérimentation in situ et la réalisation de tests d’infiltration-injection sur divers types de sols urbains avec le dispositif préparé dans le contexte de l’ANR INFILTRON. Divers ouvrages d’infiltration ont été mis en place par la ville de Lyon pour infiltrer les eaux pluviales et sont suivis par l’Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU, http://www.graie.org/othu/). Divers sites seront donc étudiés. L’outil développé n’ayant pas pour seul finalité les ouvrages d’infiltration mais la caractérisation des sols urbains, des tests seront réalisés sur d’autres types de sols. Par exemple, les premiers essais réalisés sur le site de l’ENTPE pour caractériser les surfaces enherbées comme lieu d’infiltration seront complétés. Ce volet se fera en collaboration avec T. Winiarski pour l’utilisation du radar géologique GPR et avec l’ILM pour les tests d’injection des nanoparticules et leur détection dans le sol. L’ILM travaille à l’optimisation des propriétés physico-chimiques des nanoparticules pour mimer le comportement de nano-contaminants (polluants émergents type pesticide ou nano-plastiques et contaminants bactériens) et optimiser leur détection à faible concentration et pour assurer leur caractère non toxique. Les nanoparticules sont des « SPION » (« Super Paramagnetic Iron Oxides Nano-particles ») et constituées d’oxydes de fer totalement sains pour l’environnement, dont on contrôle la taille et la charge de surface (potentiel Zeta) pour réguler la réactivité et représenter des polluants modèles (groupes bactériens dominants et polluants émergeants) et déjà identifiés par les partenaires LEM et IFSTTAR du projet INFILTRON. Le second volet concerne la modélisation. Les données obtenues avec le dispositif (quantité d’eau infiltré en surface et suivi des nanoparticules dans le sol) seront modélisées avec le modèle à base physique mis au point 8 par DEEP. Ce modèle modélise les flux d’eau et de nanoparticules par une approche de réservoirs en cascade (conservation de la masse d’eau et de solutés et lois d’échange entre réservoirs), permettant de simuler les différents horizons de sol ainsi que des écoulements préférentiels multimodaux. Le modèle sera utilisé pour simuler l’infiltration et le transfert des polluants dans la matrice du sol avec une potentielle activation d’une zone d’écoulement plus rapide, lieu de transfert préférentiel des nanoparticules. Pour cette partie, l’étudiant fera appel à l’expertise de DEEP (Bonneau et al. 2019) et s’appuiera sur la plateforme Hydrobox, utilisée pour le codage d’interface et d’outils de modélisation hydrologique (www.canoe-hydro.com). En fonction de l’avancée de la thèse, l’outil de modélisation globale ainsi développé sera potentiellement transféré vers plusieurs acteurs opérationnels, entre autre la Métropole de Lyon, dans le cadre de l’OTHU et lors des journées techniques OTHU.