Rôle des interactions entre les réseaux d'assainissement et les eaux souterraines dans le fonctionnement hydrologique d'un bassin versant en milieu urbanisé PDF Download

Author: Amélie-Laure Le Delliou
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Author: Sonja Jankowfsky
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La densification actuelle de l'urbanisation conduit à un changement d'occupation du sol et du réseau de drainage en zone péri-urbaine. L'écoulement est concentré dans des fossés ou des réseaux d'assainissement et ainsi accéléré. Ces phénomènes peuvent avoir des conséquences importantes pour les nappes et les cours d'eau, comme par exemple l'aggravation des crues et des sécheresses et l'altération de la qualité chimique et/ou biologique du milieu. Sous la pression réglementaire (Directive Cadre Européenne sur l'Eau) et la demande sociale, les gestionnaires sont donc confrontés à des choix complexes en terme d'aménagement. Ainsi, il est nécessaire de mettre au point des méthodes et des modèles capables de quantifier l'impact de l'augmentation de l'urbanisation sur la vulnérabilité des hydro-systèmes péri-urbains. Dans ce travail, nous formulons l'hypothèse qu'une modélisation hydrologique spatialisée continue, prenant explicitement en compte les objets des paysages périurbains (parcelles urbaines, agricoles, forestières, haies,..) et les éléments déterminant les chemins de l'eau (topographie, mais aussi réseaux d'assainissement ou de routes) peut aider à comprendre et hiérarchiser le rôle des différents objets du paysage sur la réponse hydrologique. Pour ce faire, le modèle distribué PUMMA (Peri-Urban Model for landscape Management) adapté aux bassins versants péri-urbains, a été développé dans le cadre de cette thèse. Il consiste en une intégration du modèle existant URBS, décrivant des processus hydrologiques urbains à l'échelle d'une parcelle cadastrale, dans la plate-forme de modélisation LIQUID, qui contient déjà des modules représentants des processus hydrologiques en zone rurale. PUMMA a également été complété par de nouveaux modules simulant les déversoirs d'orage, les bassins de rétention et le transfert du ruissellement de surface. Le modèle suit une approche orientée objet dans laquelle le paysage est divisé en mailles irrégualières, correspondant aux parcelles cadastrales en zone urbaine et aux unités de réponse hydrologiques (HRUs) en zone rurale. Afin de pouvoir appliquer le modèle à l'échelle d'un bassin versant, des méthodes automatiques pour la préparation des données géographiques ont été mises au point. De plus, une méthode a été développée pour déterminer les contours de bassins versants péri-urbains, en distinguant les surfaces contributives de temps sec et humide. Le modèle a été appliqué au bassin versant de la Chaudanne, un sous-bassin de l'Yzeron, situé en zone péri-urbaine lyonnaise pour deux années en conditions contrastées (sèche et humide). Les paramètres du modèle ont été spécifiés à partir des observations disponibles et des données de la littérature. Les résultats montrent un comportement du modèle réaliste et une aptitude à représenter les comportements différents en période sèche et humide, en lien avec des degrés de saturation des sols différents, même si les pics de débits d'été sont en général surestimés. Différents tests de sensibilité sur certains processus/paramètres montrent l'importance des processus urbains sur la réponse hydrologique du bassin, comme en particulier la génération de ruissellement de surface par les surfaces imperméables et naturelles urbaines, le drainage de l'eau du sol par les réseaux d'assainissement et les connexions entre les îlots urbains et le réseau hydrographique naturel et artificiel. L'épaisseur des sols et la conductivité hydraulique à saturation latérale jouent aussi un rôle important sur la dynamique du débit de base. Nous montrons aussi le potentiel du modèle pour tester différents scenarii d'aménagement ou de gestion des eaux pluviales.

Author: Safar Marofi
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EN MILIEU AGRICOLE, LES AMENAGEMENTS ANTHROPIQUES, EN PARTICULIER LE RESEAU DE FOSSES, OCCASIONNENT DES DISCONTINUITES HYDROLOGIQUES QUI INFLUENT SUR LES ECHANGES ENTRE EAUX SUPERFICIELLES ET EAUX SOUTERRAINES. CE TRAVAIL DE THESE S'INTEGRE DANS LE CADRE DU PROGRAMME ALLEGRO-ROUJAN, ENTREPRIS PAR L'UMR SCIENCE DU SOL DE L'INRA-MONTPELLIER SUR LE BASSIN VERSANT EXPERIMENTAL DE ROUJAN (HERAULT), ET VISE DEUX OBJECTIFS PRINCIPAUX : I) IDENTIFIER LES MECANISMES DE CIRCULATION DE L'EAU DE SURFACE AU SEIN DU RESEAU DE FOSSES DEPUIS LA PARCELLE JUSQU'AU BASSIN VERSANT ET II) DETERMINER ET QUANTIFIER LE ROLE DES FOSSES DANS LES MECANISMES D'ECHANGES DE FLUX D'EAU ENTRE FOSSES ET NAPPES. CETTE ETUDE A COMPORTE UN IMPORTANT DISPOSITIF EXPERIMENTAL SUR LE TERRAIN POUR LE SUIVI DURANT DEUX ANS, DES DEBITS EN DIFFERENTS POINTS DU RESEAU DE FOSSES ET DU NIVEAU DE LA NAPPE. LES PRINCIPAUX RESULTATS CONCERNENT LES MECANISMES DE CIRCULATION DES EAUX DE SURFACE ET SOUTERRAINES SUR LE BASSIN VERSANT DE ROUJAN, L'IMPACT DU ROLE DES FOSSES SUR LES ECHANGES ENTRE LA SURFACE ET LE MILIEU SOUTERRAIN EN FONCTION DES CONDITIONS CLIMATIQUES ET DES CARACTERISTIQUES TOPOGRAPHIQUES DU MILIEU. LE RESEAU DE FOSSES D'ORIGINE ANTHROPIQUE A UNE INFLUENCE IMPORTANTE, MAIS VARIABLE DANS LE TEMPS ET DANS L'ESPACE : IL PRESENTE SIMULTANEMENT DES ZONES INFILTRANTES ET DES ZONES DRAINANTES, DETERMINEES PAR L'ALTITUDE RELATIVE DU FOND DE FOSSE PAR RAPPORT A CELLE DE LA NAPPE. CES RESULTATS AURONT UNE IMPLICATION DIRECTE POUR TOUTE APPROCHE DE MODELISATION DES ECHANGES ENTRE NAPPES ET FOSSES ; LES PRINCIPAUX PARAMETRES ET CONDITIONS A CONNAITRE SONT : LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES DU FOSSE, LES PROPRIETES HYDRODYNAMIQUES DES PAROIS ET DU FOND DES FOSSES, LE GRADIENT HYDRAULIQUE ENTRE LA NAPPE ET LE FOSSE ET L'IDENTIFICATION DES CONDITIONS INITIALES DES CRUES.

Author: Valérie Colandini
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Pages : 162

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Face aux problèmes hydrologiques engendrés par les pluies dans les villes et aux problèmes de préservation de la qualité des milieux récepteurs, il devient indispensable d'intégrer de nouvelles solutions techniques à l'assainissement pluvial classique. Les chaussées poreuses à structure réservoir, conçues pour réduire les débits et les volumes d'écoulement en zones urbaines fortement imperméabilisées, semblent jouer un rôle positif dans l'épuration des eaux pluviales. Cependant le fonctionnement épuratoire de ces structures est encore mal connu. Sur le cas concret d'un site expérimental à Reze (près de Nantes), le travail de recherche a consisté à obtenir une vision synthétique des effets d'une chaussée poreuse à structure réservoir mise en place depuis plusieurs années. Cette investigation a montré l'efficacité de l'ouvrage pour maîtriser quantitativement et qualitativement les écoulements pluviaux, par rapport aux écoulements analyses à l'aval d'un bassin versant de référence équipé d'un réseau d'assainissement séparatif. La contamination métallique particulaire est localisée essentiellement dans les particules colmatant le revêtement poreux de la chaussée ; le sol sous la structure est très peu contaminé. De granulométrie comparable à du sédiment de rue, les colmatants sont d'autant plus contaminés en plomb, cuivre, cadmium et zinc que le trafic sur la chaussée, la proportion de particules fines et de matière organique dans le sédiment sont élevées. L'approche qualitative des interactions entre les métaux lourds et colmatant par application d'un schéma d'extractions séquentielles montre que les polluants sont potentiellement remobilisables lors de variations des conditions physico-chimiques du milieu. L'approche quantitative par établissement des isothermes d'adsorption indique que les capacités de fixation des colmatants sont relativement saturées en plomb et en zinc et d'après le schéma d'extractions séquentielles, les métaux fixés lors des tests d'adsorption sont associés aux particules par des interactions théoriquement faciles à solubiliser. Pour limiter le risque de dispersion des contaminants métalliques, les colmatants résultant de l'entretien des revêtements poreux enrobés drainant doivent être gérés comme des déchets pollués, la fraction granulométrique fine pourrait être traitée en milieu acide avant sa mise en décharge.

Author: JAMSHID.. SALAHSHOUR DEHCHIALI
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Pages : 278

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ACTUELLEMENT, A LA PERIPHERIE DES AGGLOMERATIONS, SE DEVELOPPE UNE FORME URBAINE PARTICULIERE, CONSTITUEE D'UN MELANGE D'HABITAT INDIVIDUEL PLUS OU MOINS DIFFUS, DE ZONES D'ACTIVITE ET DE COMMERCE, ETC., OCCUPANT PEU A PEU DES ZONES CULTIVEES OU NATURELLES. LES BASSINS VERSANTS POSSEDANT CE TYPE D'OCCUPATION DES SOLS, QUE NOUS QUALIFIERONS DE PERIURBAINS, ONT UN FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE SPECIFIQUE. CE FONCTIONNEMENT EST CARACTERISE PAR LA COEXISTENCE DE DEUX TYPES DE SURFACES AUX COMPORTEMENTS TRES DIFFERENTS ET DE DEUX SYSTEMES D'ECOULEMENT EN INTERACTION (LE RESEAU HYDROGRAPHIQUE NATUREL ET LE RESEAU D'ASSAINISSEMENT PLUVIAL). L'OBJET DE CETTE ETUDE EST LA MISE AU POINT D'UN MODELE PERMETTANT LA REPRESENTATION DU COMPORTEMENT HYDROLOGIQUE DES BASSINS VERSANTS PERIURBAINS, EN PARTICULIER VIS-A-VIS DES PHENOMENES DE RUISSELLEMENT. LE MODELE DEVRA ETRE CAPABLE DE REPRESENTER DE FACON CONTINUE L'EVOLUTION DU COMPORTEMENT DU BASSIN VERSANT AU FUR ET A MESURE DE SON URBANISATION. LE MODELE PROPOSE SE COMPOSE DE TROIS MODULES : UN MODULE URBAIN, UN MODULE RURAL ET UN MODULE DEVERSOIR D'ORAGE. LE MODULE URBAIN REPRESENTE LE FONCTIONNEMENT DE LA PARTIE URBAINE DU BASSIN VERSANT PERIURBAIN, LE MODULE RURAL CELUI DE LA PARTIE RURALE, ET LE MODULE DEVERSOIR D'ORAGE PERMET D'ESTIMER LA QUANTITE D'EAU DU RESEAU URBAIN QUI SE DEVERSE DANS LE MILIEU RURAL. L'ETUDE DE SENSIBILITE DU MODELE, EFFECTUEE POUR DIFFERENTS TYPES DE PLUIES (FAIBLE, MOYENNE ET FORTE) A PERMIS DE REDUIRE A 12 LE NOMBRE DE PARAMETRES DE CALAGE. LE MODELE A ENSUITE ETE CALE ET VALIDE EN UTILISANT LES DONNEES HYDROLOGIQUES DE QUATRE SITES EXPERIMENTAUX (DEUX SITES URBAINS, UN SITE RURAL ET UN SITE PERIURBAIN). LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE LE MODULE URBAIN SIMULE TRES BIEN LA TRANSFORMATION DE LA PLUIE EN ECOULEMENT POUR LES PLUIES FAIBLES ET MOYENNES. LE MODULE RURAL SIMULE DE FACON SATISFAISANTE LA REPONSE HYDROLOGIQUE DE LA PARTIE RURALE. ENFIN, L'ENSEMBLE DU MODELE DONNE DES RESULTATS EGALEMENT SATISFAISANTS POUR LES PLUIES FAIBLES ET MOYENNES SUR LE BASSIN PERIURBAIN TESTE. EN RAISON DE LA NON DISPONIBILITE DE DONNEES OBSERVEES SUR DES PLUIES FORTES, AUCUNE VALIDATION DU MODELE N'A ETE FAITE POUR CE TYPE DE PLUIE.

Author: Yves Nédélec (ingénieur).)
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En période de crue, le rejet d'eaux de drainage dans les émissaires à surface libre apparaît comme une cause possible de formation d'inondations, car il introduit dans le réseau hydrographique des eaux qui auraient pu circuler de manière diffuse en l'absence de drainage (infiltration ou ruissellement). Il apparaît aussi comme une source de pollution du milieu naturel, en déversant des nutriments ou certains traitements phytosanitaires lessivés. Les modifications liées à la présence du drainage sont cependant difficiles à évaluer. En revanche, le rôle du réseau d'émissaires peut être mieux évalué et maîtrisé, dans la mesure où les écoulements empruntent des cheminements connus. La profondeur du débouché des collecteurs enterrés est un facteur aggravant pour la formation de certaines crues car la capacité de transfert des fossés est augmentée par leur approfondissement. Une manière possible de compenser ce facteur est de favoriser le ralentissement des crues dans le réseau en surcapacité. Le débouché des collecteurs joue ainsi un double rôle : il apporte par le rejet des eaux de drainage une contribution aux crues et aux pollutions, mais peut aussi être le point où le fonctionnement du drainage perd de son efficacité si l'on intervient pour ralentir les écoulements dans le fossé. Le présent travail vise à préciser ce double rôle. Il s'appuie sur des expérimentations de terrain, menées sur un réseau de drainage et d'assainissement agricoles en Seine-et-Marne. Les débit de rejet de collecteurs de drainage enterrés sont suivis en continu pendant les crues, conjointement aux débits et hauteurs de l'eau dans le fossé d'assainissement. Les données d'une expérimentation sur modèle réduit hydraulique viennent compléter les observations de terrain. Ce modèle réduit est constitué de la jonction d'une conduite circulaire et d'un canal rectangulaire, alimentés par des débits contrôlés indépendamment. La compréhension des processus hydrauliques de cette jonction particulière, et leur modélisation par une loi de comportement, sont effectuées dans un objectif plus global de connaissance du fonctionnement de certains petits bassins versants agricoles fortement drainés. Ces recherches débouchent sur des conséquences en termes d'ingénierie, pour l'évaluation d'impacts d'activités anthropiques sur le milieu naturel, ou la maîtrise des écoulements afin de réduire les risques d'inondation. Elles améliorent également la connaissance de processus hydrauliques et hydrologiques clés dans le domaine des rejets.

Author: Mounira Kafi-Benyahia
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Pages : 485

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Author: Joëlle Reine Youego Sihon
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La présente recherche traite de l'influence des activités anthropiques sur les hydro-écosystèmes tropicaux. Elle a pour but d'évaluer l'impact de l'urbanisation sur les ressources en eau. Elle vise à améliorer notre connaissance des processus géochimiques et des transferts de matières en milieu urbain et périurbain. L'étude a été menée dans le bassin versant de la Mefou (840 km2, Afrique Centrale), affluent du fleuve Nyong. Ce bassin englobe toute l'aire urbaine et périurbaine de la ville de Yaoundé, capitale du Cameroun, peuplée d'environ 2,8 millions d'habitants, et classée deuxième grande métropole du pays. Les concentrations d'éléments majeurs et en trace dans la fraction dissoute, de carbone organique dissous et particulaire, et de métaux dans les matières en suspension ont été mesurées dans les eaux souterraines et les eaux d'écoulement depuis les têtes de bassin de la Mefou jusqu'au fleuve Nyong. Les résultats présentent les interactions entre eaux/roches/sol et les effets de l'urbanisation. La normalisation des concentrations à la Croute Continentale Supérieure (Upper Continental Crust, UCC) montre l'influence du socle rocheux granito-gneissique sur la composition des eaux souterraines et des eaux de surface du bassin versant de la Mefou. Il y a un enrichissement en alcalins (Na, K), alcalino-terreux (Ca, Mg), métaux de transition (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb) et REEs (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Lu). L'enrichissement remarquable des eaux de surface en Eu s'explique par l'altération des plagioclases. La comparaison du bassin versant de la Mefou avec les sites de référence, le bassin versant de Nsimi (source et ruisseau du Mengong) et le fleuve Nyong suivis depuis plus de vingt ans dans le cadre du SNO MTROPICS, fait ressortir un très important enrichissement des eaux en éléments majeurs (Cl, SO4, NO3, Na, K, Ca, Mg). Les activités humaines entrainent une contamination des eaux par les nutriments et les métaux, et influencent la dynamique des processus tel que l'absence de complexation des métaux par la matière organique probablement due à l'absence ou la faible concentration en acides humiques et fulviques. Dans les eaux souterraines, Mn, Al, Ba, Zn, Fe sont les métaux de transition dominants et il est noté une contamination par les nitrates (942 ± 127 μmol/L) avec des concentrations supérieures à la norme fixée par l'Organisation Mondiale de la Santé (806 μmol/L), et dans une moindre mesure par certains métaux comme Al, Mn. Dans les eaux de surface, Fe, Mn, Ba, Al, Zn, Cu sont les éléments traces métalliques les plus importants. Cependant la concentration moyenne de Mn (4,1 ± 0,8 μmol/L) et la concentration maximale de Fe (267 μmol/L) sont supérieures aux normes recommandées (1,8 μmol/L and 35,8 μmol/L, respectivement). La pollution diminue progressivement du Mfoundi (affluent de la rivière Mefou, en ville) vers la rivière Mefou et le fleuve nyong. Ce processus d'auto-régulation naturelle est dû à la dilution, la sédimentation, la dégradation et l'adsorption des éléments dans les zones de bas fonds et dans le lit de la rivière occupé par les macrophytes dotés d'un rôle phytoremédiateur. [...].

Author: Brian Four
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La France compte de nombreux étangs (environ 251 000), construits le plus souvent par l'aménagement d'un barrage sur un cours d'eau de tête de bassin, dans des fonds de vallées argileux, pour la production de poissons. La Lorraine est une région riche en étangs et ces derniers sont le plus souvent localisés sur des cours d'eau temporaires dans des bassins versants agricoles et/ou forestiers. Ces cours d'eau ont un fonctionnement écologique basé sur l'intégration, par les réseaux trophiques détritiques, des ressources organiques allochtones. Or, les étangs constituent des zones lentiques biogènes : la matière organique (MO) autochtone (constituée entre autres par le plancton, les macrophytes, les fèces produits par le biote) peut modifier les équilibres - souvent fragiles - de ces écosystèmes aquatiques de tête de bassin. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'influence des étangs de barrage sur le recyclage et l'intégration de la MO allochtone et autochtone par les réseaux trophiques basaux aquatiques des cours d'eau de tête de bassin. Premièrement, ce travail a porté sur l'étude de la décomposition des litières (et des communautés associées) en amont et en aval d'étangs localisés sur des bassins soit agricoles, soit forestiers. Nos résultats mettent en exergue l'intérêt de la prise en compte de l'occupation du sol sur le bassin versant pour appréhender au mieux l'effet des étangs sur les processus de décomposition des litières. Nous montrons ainsi que l'étang de barrage entraîne une diminution de la vitesse de décomposition des litières, en lien notamment avec une diminution de la biomasse fongique, uniquement dans les cours d'eau en milieu agricole. Sur les cours d'eau forestiers, ce sont essentiellement les communautés de macroinvertébrés qui semblent influencées, et de manière plus marquée qu'en milieu agricole, avec une diminution des taxons les plus sensibles aux pollutions organiques. Puis, nous avons cherché à préciser les processus de décomposition des litières dans les cours d'eau temporaires de tête de bassin versant entravés ou non par un étang. Notre choix s'est porté sur les cours d'eau en milieu forestier afin de limiter les effets confondants liés à d'autres perturbations humaines. Dans ces conditions, nos résultats montrent que la présence d'un étang tend à augmenter la vitesse de décomposition des litières. Cela serait dû à un meilleur conditionnement des litières et également à une modification des communautés de déchiqueteurs en aval de l'étang. En revanche, l'effet de l'étang sur l'intégration des ressources allochtones par les réseaux trophiques détritiques nécessite la prise en compte des conditions hydrologiques se présentant à l'aval du barrage. Il s'agit là d'un résultat original révélant que l'impact de l'étang est plus marqué sur les communautés de déchiqueteurs et sur leur action de dégradation des litières lorsque le cours d'eau passe en régime permanent à l'aval de l'étang. Enfin, nous nous sommes intéressés à la modification des niches trophiques à partir de l'étude des signatures isotopiques des communautés de macro-invertébrés de cours d'eau entravés ou non par un étang. Nos résultats montrent que l'étang influence majoritairement les signatures isotopiques des biofilms et des matières en suspension. En lien avec cette observation, nous remarquons que les niches isotopiques des différentes guildes trophiques de macro-invertébrés sont modifiées à l'aval de l'étang. Ce résultat souligne ainsi que l'ensemble des guildes trophiques ici étudiées consomment et intègrent les ressources autochtones produites au sein même de l'étang. Pour résumer, ce travail a mis en évidence les interactions complexes entre étang et cours d'eau de tête de bassin. Il souligne de fait la nécessité de prendre en compte l'occupation du sol sur les bassins versant et le régime hydrologique du cours d'eau pour conclure sur l'effet de l'étang sur le fonctionnement écologique des cours d'eau de tête de bassin.

Author: Flora Branger
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Pages : 220

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Le projet général dans lequel s'inscrit ce travail vise à développer un outil de modélisation permettant de mieux comprendre et quantifier la circulation de l'eau et de produits phytosanitaires à l'échelle de petits bassins versants ruraux, en prenant notamment en compte l'influence d'aménagements hydro-agricoles ou paysagers (tels que le drainage agricole par tuyaux enterrés, les fossés, le réseau bocager ou les bandes enherbées) sur la qualité de l'eau. En s'appuyant sur le cas d'étude du bassin versant de la Fontaine du Theil (Ille et Vilaine), on a mis en oeuvre une démarche de modélisation hydrologique distribuée fondée sur la représentation des différents aménagements sous forme de modules autonomes et connectés entre eux selon leur positionnement dans l'espace, en s'appuyant sur la plate-forme de modélisation environnementale LIQUID. On a ainsi construit et testé à l'échelle locale deux modules spécifiques représentant de manière simplifiée : le fonctionnement d'une parcelle drainée, incluant les transferts de pesticides,ainsi que le fonctionnement hydrodynamique d'une haie bocagère. On les a ensuite couplés de façon très simple à des modules existant par ailleurs dans LIQUID pour obtenir un modèle hydrologique distribué, qui a été appliqué sur une partie du bassin versant de la Fontaine du Theil (sans solutés).Les résultats sont pour l'instant très sommaires mais montrent un bon fonctionnement du couplage entre ces différents modules et apportent depremiers éléments qualitatifs de validation sur le comportement des haies vis-à-vis des flux souterrains. Ils sont encourageants quant à la possibilité, à travers cette approche, de représenter les interactions entre processus dominants et ainsi de faire progresser la connaissance sur les voies de contamination majeures à l'échelle du bassin. La plate-forme LIQUID, en permettant de construire des modules de conceptions différentes et de lesfaire communiquer dans un même modèle de façon cohérente et conforme à la physique, se révèle bien adaptée