Soutenance de thèse : Clément FAGOUR

Pollutions causées par les inondations urbaines : Modélisation expérimentale du transport de polluants issus de déversements locaux

Doctorant : Clément FAGOUR

Laboratoire : INRAE Riverly Fonctionnement des hydrosystèmes

École doctorale : ED 162 MEGA

Travaux de thèses dirigés par Monsieur Emmanuel MIGNOT et Monsieur Sébastien PROUST 

Composition du jury proposé : 
M. Sébastien PROUST    INRAE    Co-directeur de thèse
M. Philippe GOURBESVILLE    Université Côte d'Azur    Rapporteur
M. Emmanuel MIGNOT    INSA Lyon    Directeur de thèse
M. Koen BLANCKAERT    Vienne University of Technology    Rapporteur
Mme Lylia KATEB    CEA Cadarache    Examinatrice
M. Pietro SALIZZONI    École Centrale de Lyon    Examinateur

Mots-clés : advection,mélange,dispersion,diffusion turbulente,laboratoire,risque sanitaire

Résumé :
Les pollutions causées par les inondations urbaines s’inscrivent dans une problématique largement négligée par la sphère scientifique et celle des gestionnaires, contrairement à d’autres risques déjà bien étudiés (déstabilisation et entraînement des véhicules, du mobilier urbain, des bâtiments, des piétons). Notamment, l’effet des processus hydrodynamiques complexes dans un réseau de rues inondées sur le transport de polluant a été très peu étudié. Cette thèse s’attache donc à explorer le transport de polluants issus de déversements locaux, représentant principalement des matières chimiques ou biologiques présentes dans les eaux de ruissellement à la surface des rues et susceptibles de pénétrer dans les bâtiments, au plus près des habitants. Ce travail s’appuie sur des expériences de laboratoire conduites sur un modèle urbain représentant un réseau de rues très simplifié et à échelle réduite. Nous explorons un écoulement d’inondation en régime stationnaire, déjà étudié dans des travaux précédents. L’originalité de cette thèse réside donc dans l’étude du transport d’une pollution dans cet écoulement. Pour cela, nous mesurons les débits massiques et les champs de concentration au sein des rues, au sein d’un îlot urbain percé d’ouvertures, ainsi qu’en sortie du réseau de rues, à partir de techniques de mesure par conductimétrie et colorimétrie. Le premier objectif de la thèse est d’identifier les effets prédominants de l’hydrodynamique sur ce transport ainsi que l’influence du lieu de rejet sur la répartition de polluant dans les différentes rues. Le deuxième objectif de la thèse est d’identifier les paramètres qui gouvernent la dynamique d’une eau polluée introduite par des ouvertures dans un îlot urbain, en faisant varier le nombre d’ouvertures de cet îlot ainsi que la durée de rejet de pollution. Les principaux résultats de cette thèse sont alors (i) la distribution des débits massiques de polluant dans les différentes rues diffère de celle des débits d’eau, à la fois dans les rues et en sortie du réseau de rues. Cela s’explique par un mode de transport de polluant qui est spatialement hétérogène dans le réseau de rues. On constate que le mélange le plus intense a lieu dans les rues en aval des intersections. La diffusion turbulente et la dispersion par les courants secondaires y sont les deux modes de mélange dominant et contribuent toutes deux à l’homogénéisation de la concentration de polluant. Aux intersections, le transport des polluants est principalement causé par l’advection dans les directions longitudinale et transversale. Les panaches de polluant se fusionnent ou se séparent simplement, suivant les lignes de courant de l’écoulement moyenné en temps. En conséquence, (ii) la distribution des polluants dans le réseau de rues est très sensible à la position exacte du rejet par rapport à la position des lignes de division des bifurcations et carrefours de rues. (iii) Un modèle simplifié est proposé pour décrire et prédire la distribution de polluant aux intersections, et sa précision dépend de la capacité à localiser précisément les lignes de division. (iv) Dans le cas d’un îlot urbain (pâté de maison) poreux, le nombre d’ouvertures influence fortement les concentrations maximales atteintes au sein de l’îlot urbain, ainsi que les temps de remplissage et de résidence, ainsi que les variations spatio- temporelles des concentrations. (v) La durée de remplissage initial joue un rôle important sur le temps de vidange de l’eau polluée suite à l’arrêt de la source de pollution. En revanche, le taux de renouvellement de la pollution ou de l’eau claire est constant, indépendamment de la durée de remplissage, et est piloté exclusivement par l’hydrodynamique de l’îlot urbain poreux. (vi) Une adaptation du modèle de zone morte agrégée est enfin proposée pour valider la possibilité d’ajustement des concentrations moyennées spatialement dans l’îlot.