FR :

Au pas de temps pluriannuel, l’approche par bilan fournit des modèles pluie-débit sous forme de simples formulations mathématiques reliant le débit (Q) à la pluie (P) et l’évapotranspiration potentielle (E), le tout en millimètres par an (mm•an-¹). Souvent, il s’agit de la différence entre la quantité de la pluie pluriannuelle et la quantité d’évapotranspiration réelle. Les autres termes du bilan sont supposés négligeables. Pour une meilleure utilisation et compréhension de ce type de modèles, cet article tente de répondre aux questions suivantes : quelles sont les relations entre ces modèles? Quelles sont leurs performances et leurs limites? Comment peut-on améliorer leurs performances? La réponse à ces interrogations a nécessité tout d’abord le choix des modèles les plus répandus à partir de la littérature portant sur l’hydrologie : il s’agit d’expressions employant des formes mathématiques usuelles comme la tangente hyperbolique ou exponentielle. Ensuite, grâce à une analyse adimensionnelle, une forme générale de ces modèles ainsi que leur domaine de définition ont été détectés. En adaptant une méthode de modélisation aux spécificités du pas du temps pluriannuel, et en utilisant un échantillon de données de 407 bassins versants de caractéristiques hydro-climatiques très variées, la performance de ces modèles a été améliorée : soit par affectation d’un paramètre lié à l’évapotranspiration, soit par l’introduction d’une nouvelle variable appelée Indice de Répartition de Pluie (I_RP), selon la disponibilité des données.

EN :

Over time steps of several years, the water balance approach provides rainfall-runoff models as simple mathematical formulations linking runoff (Q) to rain (P) and the potential evapotranspiration (E), expressed in millimetres per year (mm•year-¹). Generally, the runoff is estimated by the difference between rainfall and actua; evapotranspiration. The other terms of the balance are assumed to be negligible. For a better use and understanding of this type of model, this paper addresses the following questions: Which relations exist among models? What are their performances and their limits? How could their performances be improved? Answering these questions first required the choice of the most widespread models from the hydrological literature: we looked for expressions using usual mathematical shapes such as the hyperbolic tangent or exponential. Then, using an nondimensional analysis, the general shape of these models as well as their domain of definition was defined. By adapting a methodology of modeling to the several-year time step requirement, and using data from 407 catchments with diverse hydro-climatic features, we determined how the performance of the models could be improved: either by introducing a parameter linked to the evapotranspiration, or by introducing a new variable, the Rain Distribution Indication (I_RP), depending on data availability.

FR :

Les colorants sont largement utilisés dans les imprimeries, les produits alimentaires, cosmétiques et cliniques, mais en particulier dans les industries textiles pour leur stabilité chimique et la facilité de leur synthèse et leur variété de couleurs. Cependant, ces colorants sont à l’origine de la pollution une fois évacués dans l’environnement. La production mondiale des colorants est estimée à plus de 800 000 t•an-¹ et les colorants azoïques sont majoritaires et représentent 60-70 %. Compte tenu de la composition très hétérogène de ces derniers, leur dégradation conduit souvent à la conception d’une chaîne de traitement physique-chimique et biologique assurant l’élimination des différents polluants par étapes successives. Dés études ont montré que plusieurs colorants azoïques sont toxiques et mutagènes et le traitement biologique de ces colorants semble présenter un intérêt scientifique majeur. Les traitements physico-chimiques communs (adsorption, coagulation/floculation, précipitation etc.) sont couramment utilisés pour les effluents industriels. Malgré leur rapidité, ces méthodes se sont avérées peu efficaces compte tenu des normes exigées sur ces rejets. Le traitement biologique constitue une alternative fiable; en effet, plusieurs microorganismes sont capables de transformer les colorants azoïques en sous-produits incolores. Les bactéries dégradent les colorants azoïques en deux étapes : un clivage de liaison azo, par l’intermédiaire de l’azoréductase, suivi d’une oxydation des amines aromatiques formées lors de la première étape. L’azoréduction constitue alors une étape clé du traitement des effluents chargés de ces colorants.

EN :

Dyes are widely used for industrial, printing, food, cosmetic and clinical purposes as well as textile dyeing because of their chemical stability, ease of synthesis, and versatility. Their stability, however, causes pollution once the dyes are released into the environment in effluents. More than 800,000 tons of dyes are annually produced worldwide, of which 60 to 70% are azo dyes. Considering the heterogeneous composition of these latter dyes, their degradation usually requires a chain of physical, chemical and biological treatments assuring the elimination of different pollutants in successive steps. In addition, some azo dyes are toxic and mutagenic and thus the biological treatment of these dyes is now of major scientific interest. Physical-chemical treatments (adsorption, coagulation/flocculation precipitation, etc.) are usually used for industrial effluents. In spite of their rapidity, these methods have turned out to be ineffective in attaining the standards required for these discharges. As a viable alternative, biological processes are receiving increasing interest owing to their cost effectiveness and their ability to produce less sludge. It has been found that some microorganisms can transform azo dyes into colourless products. Bacterial degradation of azo dyes is often initiated by an enzymatic biotransformation step that involves cleavage of azo linkages with the aid of an azoreductase and an electron donor. As the azoreductase in some microorganisms can catalyze the reductive cleavage of azo groups, they have potential advantages in developing bio-treatment methods of wastewater containing azo compounds.

FR :

En vue d’améliorer le processus de désinfection des eaux (usées et potables) par irradiation UV-C, une lampe UV-C à vapeur de mercure à basse pression est mise en fonctionnement en utilisant deux types d’alimentation électronique : une alimentation électronique traditionnelle de 50 Hz, et une alimentation électronique modifiée à haute fréquence de 64 KHz. L’exploitation des résultats de la cinétique d’inactivation bactérienne par un modèle de simulation mathématique, le modèle de « Series-Events », a permis de mettre en relief l’amélioration du processus de traitement par irradiation UV, en utilisant une lampe UV à basse pression, alimentée à haute fréquence. Cette amélioration est traduite par l’augmentation de l’abattement bactérien avec une réduction notable du temps d’exposition UV par rapport à celui déterminé après une irradiation par une lampe UV-C classique. En plus, la détermination du coefficient de réactivation bactérienne (Cr), après la mise en repos des bactéries postirradiées en présence et ou en absence de la lumière visible, montre une inactivation irréversible des bactéries testées par les mécanismes de réactivation photodépendants et photoindépendants, dans le cas d’irradiation par une lampe UV-C alimentée à haute fréquence. L’augmentation de l’abattement irréversible des bactéries testées à un temps d’exposition réduit est en rapport direct avec l’augmentation du flux spectral UV monochromatique de la raie 253,7 nm fourni par la lampe UV à basse pression, alimentée à haute fréquence (64 KHz). Cette augmentation de flux UV de germicide permet de surmonter les inconvénients liés à l’utilisation d’une lampe UV conventionnelle, à savoir la détermination de la dose létale et le problème de réactivation bactérienne après traitement par la lumière ultraviolette.

EN :

In order to improve the process of water disinfection (waste water and drinking water) by UV-C irradiation, a low pressure UV lamp was supplied by two types of electronic power: traditional power at 50 Hz and high frequency power at 64 KHz. The simulation of bacterial inactivation kinetics using a mathematical model of « series-events » demonstrated the ability of the high frequency UV lamp to provide an effective UV dose capable of inactivating bacteria over a shorter exposure time than that determined for a conventional UV-C lamp. Moreover, the determination of bacterial reactivation factor (Cr) after a rest time in the presence and or in absence of visible light showed an irreversible inactivation in the tested bacteria of the photo-dependent and photo-independent reactivation mechanisms in the case of irradiation by the high frequency UV-C lamp. The increase in the bacterial inactivation without subsequent reactivation, for a reduced time of UV exposure, is consistent with the increase of the monochromatic UV spectral radiant flux at 253,7 nm provided by the high frequency power supply UV-C lamp (64 KHz). The increase of germicidal UV flux overcomes the disadvantages related to the use of a conventional UV lamp, namely the determination of a lethal dose and problems related to bacterial reactivation after treatment by ultraviolet light.

FR :

La végétation aquatique amphibie et supra-aquatique d’un ruisseau (appelé Molignée) et de son principal affluent (appelé Flavion), d’un bassin hydrographique du sud de la Belgique, a été étudiée en 1994 et en 2005 dans la rivière principale, et en 1995 et 2006 dans l’affluent. Les lits mineurs des ruisseaux ont été découpés en 50 et 36 sections contiguës de 500 mètres de longueur dans la Molignée et dans le Flavion respectivement. Dans chaque section, la végétation a été décrite et divers paramètres mésologiques des lits mineur et majeur ont été enregistrés. En 2005 et 2006, les bryophytes aquatiques et amphibies, ainsi que les algues filamenteuses, ont aussi été enregistrées. L’analyse statistique des données fut réalisée à partir des fichiers de macrophytes aquatiques et amphibies au moyen d’analyses multivariées, comme l’analyse non symétrique des correspondances. Les ensembles contenant des tableaux floristiques et mésologiques juxtaposés ont été analysés au moyen de l’analyse factorielle multiple. L’indice biologique macrophytique (IBMR) a été calculé dans chaque section. Les résultats montrent, sur une période de 11 ans, une diminution de fréquence de plusieurs espèces de berge et des changements importants dans la végétation liée au milieu aquatique. Ces changements consistent en une augmentation d’espèces favorisées par la pollution organique et une régression d’espèces intolérantes à cette pollution. Les fermes, le piétinement par le bétail, la pollution domestique ou l’urbanisation sont des facteurs corrélés à ces changements. L’apport des diverses techniques et des propositions de gestion est discuté.

EN :

The aquatic, amphibious and supra-aquatic vegetation of a stream (called Molignée) and its main tributary (called Flavion) from a catchment in the south of Belgium was studied in 1994 and 2005 in the main stream and in 1995 and 2006 in the tributary. The stream channels were divided into 50 and 36 contiguous 500-meter long sections in the Molignée and Flavion, respectively. In each section, the vegetation was described and various mesological parameters of the stream channel and floodplain were recorded. In 2005 and 2006, the water and amphibious Bryophytes as well as the filamentous Algae were also recorded. The statistical data analysis was conducted from the tables of aquatic and amphibious macrophytes, by means of multivariate analyses such as non-symmetrical correspondence analysis. The dataset containing juxtaposed floristic and mesological tables was analysed using multiple factor analysis. The macrophyte biological index for rivers (IBMR) was calculated for each section. The results show, over a period of eleven years, a decrease in frequency of a lot of bank species and important changes in the vegetation linked to the water environment. There is an increase of species favoured by organic pollution and a reduction in species intolerant of that pollution. The presence of farms, cattle trampling, domestic pollution or urbanization are factors correlated with these changes. The contributions of the various techniques of data processing are discussed. Management suggestions are discussed.

EN :

Little information is available comparing the influence of land use and precipitation on the control of phosphorus (P) and nitrogen (N) losses from agricultural watersheds in claypan soils. Eight watersheds with varying proportions of row-crop, pasture, forest, and grass filter strip condition were examined for three consecutive years to evaluate effects of land use and precipitation on P and N losses from row-cropped watersheds. Total P (TP) and total N (TN) losses were inversely related to the percentage of forest and pasture cover. Forest (n=2), pasture (n=3), row-crop (n=2), and row-crop grass filter strip (n=1) land use types had mean annual TP losses of 0.43, 0.90, 3.82 and 1.30 kg•ha-¹•yr-¹, respectively and mean annual TN losses of 2.02, 4.34, 29.25 and 12.31 kg•ha-¹•yr-¹, respectively. During the 3-year study, the respective land use types lost 0.36, 0.64, 13.99 and 7.26 kg NO₃-N•ha-¹•yr-¹. Runoff events on row-cropped watersheds resulted in significantly greater TP, TN, and NO₃-N losses than those from pastured and forested watersheds. Stream nitrate-N concentrations averaged 0.39, 0.50, and 2.56 mg•L-¹ for forest, pasture, and row-crop land use types, respectively. During the study, 136% of the long-term average precipitation in 1998 caused significant nutrient losses in all watershed categories and the variability within a land use type was larger than in years with below long-term rainfall. The study results emphasize the incorporation of perennial vegetation such as vegetative buffers, grass/conservation reserve program areas, and grass filter strips or other perennial vegetation as a long-term option for effective control of nutrient losses in runoff from agricultural watersheds.

FR :

Il y a peu d’information disponible sur les liens entre l’occupation des sols, la précipitation et le contrôle des pertes en phosphore (P) et en azote (N) des bassins versants ayant des sols aux horizons argileux. Pour cette étude, huit bassins caractérisés par différentes proportions de culture à interlignes, pâturage, forêt et conditions de bandes enherbées, ont été suivis sur une période de trois ans. Les pertes en P total (TP) et N total (TN) étaient inversement reliées au pourcentage d’occupation en forêt et en pâturage. Les occupations forêt (n=2), pâturage (n=3), cultures à interligne sans (n=2) et avec bandes enherbées (n=1), avaient respectivement des pertes annuelles moyennes de TP de 0,43, 0,90, 3,82, et 1,30 kg•ha-¹•année-¹ et de TN de 2,02, 4,34, 29,25 et 12,31 kg•ha-¹•année-¹. Au cours de cette étude de trois ans, les pertes en azote nitrate étaient respectivement de 0,36, 0,64, 13,99, et 7,26 kg N-NO₃•ha-¹•année-¹. Les pertes résultant des événements de ruissellement sur les bassins de cultures à interlignes étaient plus considérables que celles sur les bassins caractérisés par la forêt et les pâturages. Les concentrations en azote nitrate dans les cours d’eau alimentés par les occupations forêt, pâturage et cultures à interlignes étaient respectivement de 0,39, 0,50, et 2,56 mg N-NO₃•L-¹. Au cours de l’étude, et ce en comparaison avec les années ayant reçu des précipitations inférieures à la moyenne à long terme, les précipitations de 1998 (136% de la moyenne à long terme) ont produit plus de pertes dans tous les types de bassins ainsi que de plus grandes variabilités pour chaque occupation. Les résultats de cette étude illustrent que l’intégration de couvertures végétales pérennes, telles que les bandes enherbées, les aires protégées enherbées et les voies enherbées ou autre végétation pérenne, représente une option à long terme pour le contrôle efficace des pertes en nutriments par ruissellement dans les bassins agricoles.

FR :

Les effluents issus des stations d’épuration des eaux usées industrielles et municipales contiennent des quantités non négligeables de polluants organiques, inorganiques et microbiens, qui sont rejetés dans l’environnement par voie directe, ou en suivant la filière de réutilisation (irrigation ou arrosage, etc.). Ces eaux résiduaires constituent l’une des principales sources de contamination des eaux de surface et souterraines (augmentation de la demande chimique en oxygène (DCO), coloration et eutrophisation des cours d’eau, etc.). Dans l’optique de palier le déficit croissant des ressources en eau destinées à la consommation humaine, ces eaux résiduaires sont de plus en plus soumises à des traitements poussés en vue d’une réutilisation. Cette réutilisation doit toujours être réalisée dans l’objectif de fournir une eau présentant, en continu, une qualité spécifique liée à l’usage attendu (eau de production, eau de lavage, eau de refroidissement, eau d’irrigation ou d’arrosage, etc.). Les procédés conventionnels peuvent s’avérer non adaptés, notamment par leur manque de fiabilité dans la qualité des eaux traitées et le risque encouru de contamination microbiologique. Pour faire face à cette importante problématique, les techniques membranaires, notamment les bioréacteurs à membrane (BRM), peuvent constituer une avenue potentielle de traitement et de réutilisation de ces effluents. L’intérêt de ces procédés réside dans leur aspect non polluant, leur facilité d’automatisation et leur capacité à éliminer simultanément les différents polluants en une seule étape de traitement. Ces technologies offrent la possibilité de clarifier et de désinfecter simultanément les eaux sans risque de formation de composés organo-halogénés. Dans cet article, les BRM sont situés par rapport aux techniques conventionnelles de traitement biologique d’effluents. Par la suite, un accent particulier est mis sur la présentation des connaissances actuelles concernant les principes de base des BRM, les critères d’application et les conditions d’opération qui influencent les performances de ces technologies. Les développements récents portant sur la modélisation mathématique de fonctionnement et de colmatage de ces modules sont également présentés. Finalement, les applications industrielles et les coûts d’implantation et d’opération de ces technologies sont brièvement discutés.

EN :

Effluents from urban and industrial wastewater treatment plants contain organic (e.g., COD, BOD, total suspended solids, endocrine disrupting compounds), inorganic (e.g., phosphorus, ammonia nitrogen, nitrites and nitrates, metals) and microbial pollutants (e.g., bacteria, viruses, parasites), which are either directly discharged into the environment or reused for agricultural purposes. These wastewaters are often responsible for pollution of surface and groundwater (increasing the COD, colour and eutrophication of water, for example). In the context of finding solutions for water shortages, wastewaters are more and more frequently subjected to tertiary treatment for water reuse. The treatment of wastewater for reuse must yield water that meets specific quality criteria and is adapted to be reused as washing water, cooling water, process water, irrigation water or sprinkling water, among other uses. Conventional processes can be inappropriate, notably because of their inability to provide a consistently good quality of treated-water and because of the associated risk of microbial contamination. An alternate method can be the application of membrane bioreactors (MBR) for wastewater treatment and reuse. MBR are characterized by ease of operation, ease of automation, negligible equipment requirements for adding chemicals and their capacity to remove simultaneously organic, inorganic and microbial pollutants in the same reactor. This technology offers the possibility to simultaneously clarify and disinfect wastewaters without any risk of forming organochlorinated compounds. In this paper, MBR are first compared to conventional biological treatments, followed by a particular emphasis on the present state of knowledge about MBR, criteria of application and operating conditions that greatly influence the performance of these technologies. Recent developments in the modelling of the operating process and membrane fouling are also presented. Finally, industrial applications and operating and implementation costs are briefly discussed.

FR :

Cette note avait pour but de déterminer les facteurs environnementaux qui influencent la variabilité spatiale des caractéristiques des débits minimums annuels en Wallonie (Belgique) de 34 rivières, au moyen de deux méthodes complémentaires : la méthode de classification ascendante hiérarchique et la corrélation linéaire. Les deux méthodes ont été appliquées sur les données transformées par l’analyse en composantes principales. La classification ascendante hiérarchique (méthode de Ward) a mis en évidence l’influence de la lithologie et des activités anthropiques (pompage en eaux souterraines) sur les caractéristiques fondamentales des débits minimums annuels. Les rivières qui drainent un substrat relativement perméable sont caractérisées par des volumes d’écoulement très élevés, une faible variabilité interannuelle de ce volume, une forte variabilité interannuelle de la période d’occurrence et par de faibles valeurs de coefficients d’asymétrie. C’est le contraire pour les rivières qui coulent sur un substrat peu perméable ou imperméable. Les rivières, dont les débits sont artificiellement influencés, sont caractérisées par une variabilité de la magnitude et de la période d’occurrence des débits minimums annuels plus importante que celle des rivières naturelles. L’analyse des corrélations entre les caractéristiques des débits et les facteurs environnementaux a mis en évidence une corrélation entre la forme de courbe de distribution des débits minimums annuels et plusieurs facteurs environnementaux (climat, utilisation des sols, localisation et caractéristiques physiographiques des bassins versants).

EN :

The goal of this study was to determine which environmental factors affect the spatial variability of annual minimum streamflow characteristics for 34 rivers in Wallonia (Belgium) using two complementary methods: the ascending hierarchical classification method and the linear correlation method. Both methods were applied after principal component analysis transformation was applied to the data. The ascending hierarchical classification method (Ward’s method) identified the effect of lithology and anthropogenic activity (groundwater pumping) on the fundamental characteristics of annual minimum flows. Rivers that drain a relatively permeable substrate are characterized by very high flow volumes with low interannual variability, high interannual variability of the period of occurrence, and small asymmetry coefficients. Rivers that drain low permeability or impermeable substrates show the opposite patterns. Rivers in which flow is subjected to artificial influences are characterized by greater variability of the magnitude and of the period of occurrence of annual minimum flows than natural rivers. Analysis of linear correlations between streamflow characteristics and environmental factors highlighted a correlation between the form of the distribution curves of annual minimum flows and several environmental factors (climate, land use, location and physiographic characteristics of the watersheds).