Modélisation hydrodynamique et microbiologique des milieux aquatiques urbains pour la prévention des risques sanitaires de baignade en eau libre.

Hydrodynamic and microbiological modelling of urban water bodies for the prevention of health risks in open water bathing.

• Auteur / Autrice : Arthur Guillot - le goff
• Direction : Brigitte VinÇon leite, Sébastien Boyaval
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEESU - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbain
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe SIE

Mots clés

Mots clés libres

Système d'alerte

Surveillance

Modèle prédictif

Warning system

Monitoring

Forecasting

Résumé

Depuis le début des années 2000, la pratique de la baignade en eau libre se développe dans de nombreuses régions métropolitaines. A Paris, l'organisation des Jeux Olympiques en 2024 prévoit de pérenniser des baignades dans toute la région. Cependant nager dans les eaux urbaines présente un risque sanitaire. Son ampleur, accrue lors des évènements pluvieux extrêmes, est encore mal connue. Afin de limiter le risque sanitaire pour les baigneurs, la réglementation européenne prévoit un contrôle basé sur des bactéries indicatrices fécales (BIF). Actuellement, la qualité de l'eau de baignade est surveillée quotidiennement durant la saison. Toutefois, le délai d'obtention des résultats des analyses réglementaires en laboratoire étant de l'ordre de 24 heures, il n'est pas possible de détecter à temps les contaminations qui devraient entraîner une fermeture de la baignade. Pour s'affranchir de cette limite, l'échantillonnage peut être effectué en amont de la zone de baignade, à une distance suffisante pour prendre en compte le temps de l'analyse en fonction de la vitesse d'écoulement de l'eau. Associée à la mise en œuvre d'un modèle hydrodynamique, la mesure effectuée à l'amont permet alors de calculer le transfert de la contamination et son niveau dans la zone de baignade. Un système d'alerte doit donc, pour fournir des informations sur la baignabilité, inclure deux volets : des mesures fiables et suffisamment fréquentes mais également des outils de modélisation performants et rapides. La mise en œuvre de modèles hydrodynamiques pour des sites de baignade en eau douce est encore rare. Or les échelles de temps et d'espace en milieu urbain, les caractéristiques des zones de baignade, artificialisées et de fonctionnement hydraulique complexe, requièrent une modélisation hydrodynamique 3D. Leur application opérationnelle nécessite en outre l'optimisation des schémas numériques pour des prédictions rapides et fiables. En particulier, les méthodes de réduction de modèles avec estimation de l'erreur de réduction ouvrent des perspectives innovantes pour leur intégration dans des systèmes d'alerte opérationnels.

Since the early 2000s, open water swimming has been developing in many metropolitan areas. In Paris, the organization of the Olympic Games in 2024 plans to establish swimming in the entire region. However, swimming in urban waters presents a health risk. The magnitude of this risk, which is increased during extreme rainfall events, is still poorly understood. In order to limit the health risk for bathers, European regulations provide for control based on fecal indicator bacteria (FIB). Currently, the quality of bathing water is monitored daily during the season. However, since the time required to obtain the results of the regulatory laboratory analyses is around 24 hours, it is not possible to detect in time the contamination that would lead to the closure of the bathing area. To overcome this limitation, sampling can be carried out upstream of the bathing area, at a sufficient distance to take into account the time required for the analysis according to the flow speed of the water. Combined with the implementation of a hydrodynamic model, the upstream measurement can then be used to calculate the transfer of contamination and its level in the bathing area. In order to provide information on bathing quality, a warning system must therefore include two components: reliable and sufficiently frequent measurements, but also efficient and rapid modeling tools. The use of hydrodynamic models for freshwater bathing sites is still rare. However, the time and space scales in an urban environment, the characteristics of the bathing areas, which are artificial and have complex hydraulic operations, require 3D hydrodynamic modeling. Their operational application also requires the optimization of numerical schemes for fast and reliable predictions. In particular, model reduction methods with estimation of the reduction error open innovative perspectives for their integration in operational warning systems.