Volume 20, numéro 4, 2007
Sommaire (7 articles)
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Gestion supervisée d’une unité de coagulation pour la potabilisation des eaux à partir d’une méthodologie d’apprentissage et d’expertise
Bouchra Lamrini, Marie-Véronique Le Lann, El Khadir Lakhal et Ahmed Benhammou
p. 325–338
Résumé
FR : Le travail présenté propose une méthodologie de classification par apprentissage qui permet l’identification des états fonctionnels sur une unité de coagulation impliquée dans le traitement des eaux de surface. La supervision et le diagnostic de ce procédé ont été réalisés en utilisant la méthode de classification LAMDA (Learning Algorithm for Multivariate Data Analysis). Cette méthodologie d’apprentissage et d’expertise permet d’exploiter et d’agréger toutes les informations provenant du procédé et de son environnement ainsi que les connaissances de l’expert. L’étude montre qu’il est possible d’ajouter aux informations issues des capteurs classiques (température, matières en suspension, pH, conductivité, oxygène dissous), la valeur de la dose de coagulant calculée par un capteur logiciel développé dans une étude antérieure afin d’affiner le diagnostic. Le site d’application choisi pour l’identification des états fonctionnels est la station de production d’eau potable Rocade de la ville de Marrakech, Maroc.
EN : The present work proposes a learning classification method to identify the functional states of a coagulation process for the treatment of surface water and production of drinking water. Supervisory control and diagnosis were performed using the LAMDA (Learning Algorithm for Multivariate Data Analysis) classification technique. This expert learning method involves the processing and aggregation of all information stemming from an environmental process, and it allows the incorporation of the user’s knowledge. The study shows that it is possible to refine the diagnosis by taking into account the information obtained from common sensors (e.g., temperature, suspended solids, pH, conductivity, dissolved oxygen) together with the predicted coagulant dosage, as computed with an intelligent software sensor developed previously. The Rocade drinking water plant located at Marrakech, Morocco was chosen to test the method.
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Suivi de la qualité bactériologique des eaux de surface (rivière Nahr Ibrahim, Liban)
Hamid Bou Saab, Nadine Nassif, Antione G. El Samrani, Rosette Daoud, Samir Medawar et Naim Ouaïni
p. 341–352
Résumé
FR : Le bassin versant du Narh Ibrahim est classé parmi les sites du patrimoine mondial. Les rejets sauvages solides et liquides ont un impact important sur le développement d’une contamination bactériologique tout au long de la rivière. Dans cette étude, des paramètres physico-chimiques et bactériologiques ont été suivis sur neuf sites de prélèvement qui couvrent la rivière Nahr Ibrahim de son amont jusqu’à son estuaire. L’ensemble des paramètres est étudié pendant des périodes de l’année caractérisées par un temps sec ou un temps de crue. Au cours de ces périodes, ces paramètres ont révélé une influence importante du type d’occupation des sols et des phénomènes de lessivage sur la composition bactériologique de la rivière. L’origine et le degré de la contamination bactérienne instantanée ont été également identifiés. Une approche statistique multivariée a montré que l’effet de la localisation du site masque l’effet date sur un même site et pendant la même période. Les sites en aval de la rivière sont caractérisés par une pollution en nitrate et une contamination bactériologique alors que les sites en amont sont marqués par une contamination bactériologique seulement.
EN : The Nahr Ibrahim catchment area is classified as an international heritage site. Along the Nahr Ibrahim River, solid and liquid effluents have an important impact on bacterial contamination. Physico-chemical and bacteriological parameters were studied at nine sampling sites located along the Nahr Ibrahim River from its source to its estuary. Total bacteria, total coliforms, fecal coliforms and fecal streptococci were studied during dry and wet weather periods. During these periods, the studied parameters revealed an important influence of the type of soil and leaching on the bacteriological composition of the river. Furthermore, the origin and the degree of temporary bacteriological contamination were identified. A multivariate statistical approach demonstrated that the effect of site location masked the effect of sampling date on the degree of bacteriological contamination. Downstream river sites were characterized by nitrate and bacterial pollution whereas upstream sites showed only by bacterial contamination.
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Élimination de la turbidité par oxygénation et filtration successives des eaux de la station de Sfax (Sud de la Tunisie)
Béchir Ben Thayer, Khalifa Riahi et Houda Boudhraa
p. 355–365
Résumé
FR : La possibilité d’éliminer la turbidité d’origine minérale (liée notamment à la présence de fer ferrique), en utilisant un système d’oxygénation suivi de la filtration, a été étudiée à l’échelle du laboratoire dans le but de minimiser l’effet protecteur de ce paramètre contre la désinfection de ces eaux. Différents tests ont été effectués à partir d’échantillons d’eau de forage (forage PK 10, forage PK 11 et forage PK 14) et d’échantillons mixtes (mélange PK 10, mélange PK 11 et mélange PK 14) représentatifs de l’eau brute utilisée à la station de Sfax pour la production d’eau potable. L’efficacité de ce traitement a été évaluée par la mesure de la turbidité, de la concentration totale de fer en solution et du chlore avant et après traitement. Les meilleurs résultats ont été obtenus lors de l’oxygénation de l’eau du forage PK 14 pendant 90 minutes suivie d’une double filtration. Ce mode de traitement a permis un excellent abattement de la turbidité (95,3 %). Une importante déferrisation des eaux PK 14 (81,9 %) a été obtenue par un traitement d’oxygénation suivi d’une simple filtration.
EN : The possibility of eliminating turbidity of mineral origin (related in particular to the presence of ferric iron), by using a system of oxygenation followed by filtration, was studied at the laboratory scale with an aim of minimizing the antagonistic effect of the turbidity against the disinfection of water. Various tests were carried out on bore-hole water samples (Bore PK10, Bore PK11, and Bore PK14) and on mixed samples (Mixture PK10, Mixture PK11 and Mixture PK14) representative of raw water used at the Sfax water treatment plant for the production of drinking water. The effectiveness of this treatment was evaluated by the measurement of turbidity, the total iron concentration in solution and the chlorine concentration before and after treatment. The best results were obtained for oxygenation (during 90 min) followed by a double filtration treatment process applied to the PK14 bore-hole water. This treatment process resulted in an excellent reduction in turbidity (95%). Significant iron removal from the PK14 water was obtained by oxygenation followed by a simple filtration treatment process (82%).
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Une évaluation de la robustesse de la méthode du krigeage canonique pour l’analyse régionale des débits
Gonel Joseph, Karem Chokmani, Taha B.M.J. Ouarda et André Saint-Hilaire
p. 367–380
Résumé
FR : Dans le présent article, on se propose d’évaluer la généralité et la robustesse du krigeage canonique, une méthode d’estimation régionale du débit, en l’appliquant pour l’estimation du débit moyen interannuel en régime hydrologique tropical et dans des conditions imparfaites de qualité et de disponibilité de données. Pour ce faire, la méthode du krigeage canonique a été appliquée au cas de Haïti dont le réseau de stations hydrométriques est très limité. Le krigeage canonique a été comparé à la régression linéaire, une méthode simple d’estimation régionale. Selon les critères de performance définis, le krigeage canonique paraît légèrement plus performant que la régression. Il produit des estimations moins biaisées (un biais relatif moyen de ‑ 13 % contre ‑ 20 % pour la régression) et des erreurs relatives légèrement moins importantes (54,4 % contre 59,6 %). Toutefois, le krigeage canonique a été moins performant pour l’estimation du débit des plus grands bassins versants, bien que ses performances globales demeurent acceptables. Par ailleurs, vu les conditions très défavorables dans lesquelles la méthode a été appliquée, il n’a pas été possible de relier la baisse dans les performances du krigeage canonique à une déficience dans la généralité de l’approche et/ou dans sa robustesse.
EN : The objective of this study was to test the general application and the robustness of canonical kriging, a new approach regional hydrological estimation. The evaluation of the robustness was carried out for the estimation of mean annual streamflow over the continental territory of Haiti, under a tropical climate and under non-optimal conditions of data quality and availability. The performances of canonical kriging were studied using cross validation. The results were compared to those of the linear regression between the mean annual streamflow and the watershed area applied for the same conditions. In general, canonical kriging yields slightly higher performances. It produces less biased estimates (mean relative bias of ‑ 13% against ‑ 20% for regression) with slightly less significant relative errors (54.4% against 59.6% for regression). However, the linear regression produced better estimates for the largest basins although the global performances of canonical krigeage remained acceptable. In addition, considering the very unfavourable conditions in which the method was applied, it was not possible to connect the decrease in the performances of canonical krigeage to a lack in the general application of the approach and/or its robustness.
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Impact des pseudo-fèces de moules sur les densités des bactéries hétérotrophes dans le secteur mytilicole de la lagune de Bizerte (Tunisie)
Naceur Essid, Ezzeddine Mahmoudi, Fehmi Boufahja, Mohamed Dellali, Hamouda Beyrem et Patricia Aissa
p. 383–392
Résumé
FR : Cette étude se propose de caractériser au niveau du secteur mytilicole de la lagune de Bizerte l’impact des pseudo-fèces de moules sur les densités bactériennes, particulièrement celles des Vibrionaceae et des bactéries hétérotrophes. Les prospections ont été réalisées en hiver 2000 et en été 2001 au niveau de 5 stations plus ou moins proches d’une table d’élevage, aussi bien dans la colonne d’eau que dans le sédiment. Sous le parc, les sédiments étant les plus fortement chargés en fraction fine (78-83%) et en carbone organique total (COT) (2,5%), les densités microbiennes étaient élevées (1,82-2,83 • 108 UFC/g de sédiment pour les bactéries hétérotrophes et 2,50-17,32 • 102 UFC/g pour les Vibrionaceae). Une analyse en composantes principales (ACP) montre une étroite relation entre, d’une part, les concentrations bactériennes et, d’autre part, les teneurs en matière organique et plusieurs variables hydrologiques, particulièrement la température, la salinité et l’oxygène dissous.
EN : This study aims to characterize the effect of high organic loads, produced by a mussel farm in the Bizerte Lagoon, on the distribution of bacterial densities of, especially, marine heterotrophic bacteria and Vibrionaceae in the water column and in the sediment. Five sites located along a distance gradient from the mussel breeding ground were surveyed during the winter of 2000 and the summer of 2001. Below the mussel farm, the sediment was characterized by high percentages of fine particles (78-83%) and total organic carbon (TOC; 2.5%). Furthermore, this station exhibited high bacterial densities, especially of heterotrophic flora (1.82-2.83 • 108UFC/g) and Vibrionaceae (2.50-17.32 • 102 UFC/g). Principal components analysis revealed a strong relationship among bacterial density, high organic loads and hydrological parameters, particularly temperature, salinity and dissolved oxygen.
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Simulation de l’effet de changements de pratiques agricoles sur la qualité des eaux avec le modèle SWAT
François Laurent, Denis Ruelland et Marie Chapdelaine
p. 395–408
Résumé
FR : La lutte contre la pollution des eaux par l’agriculture nécessite des changements de pratiques agricoles. Les actions proposées par les gestionnaires des territoires ont des effets variables sur la qualité des eaux selon la nature du milieu et des activités agricoles existantes. La modélisation agro-hydrologique constitue une voie pour évaluer les impacts de pratiques agricoles sur la qualité des eaux à l’échelle de bassins versants. Elle offre ainsi un support d’aide à la décision face à une multiplicité d’actions alternatives et permet de rationaliser les choix en termes d’efficacité environnementale.Dans cet article, nous présentons la mise en oeuvre et les résultats d’une simulation d’un changement de pratiques agricoles sur un bassin versant de 385 km2 dans l’ouest de la France. Ce projet a été réalisé en partenariat avec les gestionnaires locaux afin d’évaluer les évolutions possibles de la qualité des eaux à moyen terme. Les données mobilisées sont des chroniques quotidiennes de précipitations et de température, un modèle numérique de terrain, une carte des sols, une carte des successions culturales sur deux ans résultant d’un traitement d’images satellitaires et des pratiques agricoles issues d’enquêtes.Le modèle offre une calibration hydrologique satisfaisante avec un indice de Nash de 0,81 obtenu sur la période 2000‑2001; la dynamique des transferts de nitrates et de phosphore est également reproduite, mais les résultats sont à nuancer par la fréquence insuffisante des données de validation. Après le calage du modèle, l’efficacité relative de deux changements de pratiques agricoles est estimée : a) à l’implantation d’une culture intermédiaire piège à nitrates (moutarde) et b) au passage au semis direct sous couvert végétal. Finalement, la technique du semis direct apparaît comme la pratique la plus efficace pour réduire les transferts de phosphore qui représentent la pollution principale sur l’espace étudié.
EN : Reducing the negative impact of agriculture on water quality requires changes in agricultural practices. The actions proposed by local stakeholders have variable effects on water quality depending on the kind of environment and existing agricultural activities. In this context, agro-hydrological modelling constitutes an approach for assessing the impacts of agricultural practices on water quality at the watershed level, offering valuable decision-making support regarding a range of policy alternatives. More specifically, modelling provides a means for evaluating policy choices in terms of environmental efficiency.In this article, we present the implementation and results of a simulation involving new agricultural practices on a 385 km2 watershed in western France. This project involved a partnership with local planners in order to evaluate possible changes of water quality over the mid-term. The data used are a daily series of precipitation and temperature measurements, a Digital Elevation Model, a soil map, a crop rotation map for two successive years resulting from satellite imagery, and information concerning agricultural practices based on field surveys.For the 2000-2001 calibration period, the model provided good hydrological results with a 0.81 Nash index between simulated and observed flows. The dynamics of nitrogen and phosphorus fluxes in the river were also well represented by the model, although the insufficient frequency of validation data should be kept in mind when interpreting these results. After the retrospective calibration of the model, the efficiency of two changes in agricultural practices was evaluated: i) the introduction of a winter crop cover (mustard); and ii) no tillage. The no-tillage method appeared to be the most effective in reducing phosphorus fluxes, which represent the major source of pollution in the study area.
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Modélisation statistique et synthèse cartographique des précipitations journalières extrêmes de Tunisie
Yadh Zahar et Jean-Pierre Laborde
p. 409–424
Résumé
FR : La démarche s’appuie sur des approches analytiques testées avec satisfaction en Tunisie.Sur le plan ponctuel : les précipitations journalières maximales annuelles de Tunisie présentent une distribution fortement dissymétrique du fait de la présence dans la majorité des séries observées de quelques valeurs très exceptionnelles ou horsains. Cette dissymétrie est particulièrement marquée dans le centre et le sud du pays. On suggère d’ajuster ces échantillons à une loi statistique à deux composantes (loi expo-double), qui prend en compte la forte dissymétrie, mais qui admet également la loi des extrêmes : la loi de Gumbel. La méthode repose sur la combinaison de deux populations de distributions exponentielles et poissonniennes, en distinguant les pluies extrêmes « ordinaires » des valeurs de pluies très exceptionnelles (horsains). Cette façon de faire ne semble pas incompatible avec la situation géographique de la Tunisie, qui se trouve en transition et sous l’influence de deux domaines climatiques bien distincts : l’influence méditerranéenne par le nord et l’influence Saharienne par le sud.Sur le plan spatial : le tracé des courbes isovaleurs des cartes des Gradex et des pluies journalières décennales s’appuie sur les estimations ponctuelles des postes pluviométriques et tient compte du relief, des longitudes et latitudes, ainsi que de la distance à la mer. Les paramètres explicatifs ont été soigneusement choisis de façon à ce qu’ils soient facilement mesurables ou calculables pour n’importe quel point de l’espace.Ces techniques d’ajustement statistique et de synthèse cartographique ont été appliquées à 399 séries pluviométriques de plus de trente ans d’observation (18 496 stations-années), réparties sur la totalité du territoire tunisien. Elles ont permis d’élaborer la carte des Gradex et la carte des pluies journalières décennales de la Tunisie.
EN : The following methodology is based on analytical approaches that have been satisfactorily tested in Tunisia.Temporally, the distribution of annual daily maximum rainfall in Tunisia is skewed because of some extreme values (outliers) measured for the majority of the samples. This skewness is particularly pronounced in the central and southern regions of the country. We propose that the samples be adjusted to fit a two-component statistical law (two-exponential law). This approach simultaneously takes into account the pronounced skewness and the Gumbel law of extremes. The method combines two populations with exponential and Poisson distributions for “ordinary” extreme and very extreme (outliers) rainfall values, respectively. This approach is consistent with our knowledge of the climate in Tunisia, which is at the intersection of two very different climatic areas: the Mediterranean climate from the north and the Saharan climate from the south.Spatially, the drawing of equal value Gradex and ten-year daily rainfall curves depends on point estimates from rainfall collection stations, and takes into account the relief, longitude and latitude, as well as the distance from the sea. Explanatory parameters were carefully chosen so as to be easily measured or calculated for any location.These techniques of statistical adjustment and cartography were applied to 399 samples of annual maximum daily rainfall, distributed throughout Tunisia and observed over 30 years (18,496 station-years). Using these techniques, a Gradex daily rainfall map and a ten-year daily rainfall map of Tunisia were generated.
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