Open water swimming : Monitoring and hydrodynamic modelling for sanitary conditions assessment

Baignade en eau libre : surveillance et modélisation hydrodynamique pour l'évaluation des conditions sanitaires La baignade en eau libre connait un fort engouement, notamment en milieu urbain où les canicules estivales sont de plus en plus fréquentes. Pour éviter les risques sanitaires, le suivi d’indicateurs de micro-organismes pathogènes, les bactéries indicatrices fécales (BIF) telles que E. coli, est nécessaire. Les résultats des méthodes de référence en laboratoire sont obtenus au mieux en 24h.Pour qu’une baignade soit ouverte au public, les concentrations de BIF doivent être inférieures à des seuils réglementaires. En cours d'eau, ces conditions peuvent être estimées à partir de mesures en un point amont, défini en tenant compte du temps de transfert vers la baignade et du temps de réponse de la mesure des BIF. Le temps de transfert change en fonction du débit et de la stratification thermique. Ces variations peuvent être calculées par des modèles hydrodynamiques, également utiles pour estimer la distribution spatiotemporelle des BIF. Afin de proposer un système de suivi et de prévision de la qualité microbiologique d’une zone de baignade, deux axes de recherche ont été développés: (1) la mise en œuvre d'un modèle hydrodynamique 3D pour calculer les champs de vitesses et la température de l'eau et (2) la définition d'un proxy des BIF pour une évaluation rapide de la qualité microbiologique de l'eau. Les objectifs spécifiques du doctorat sont les suivants:-Mise en œuvre du modèle hydrodynamique, TELEMAC-3D, couplé au module thermique WAQTEL;-Conception et déploiement d’un système de mesure de terrain;-Étude de l’influence de la stratification thermique sur la distribution spatiotemporelle des BIF;-Identification d’un indicateur des BIF de mesure rapide. Le site d’étude, le bassin de La Villette, est situé à Paris (France). Il se compose d'un canal en amont (25 m de large, 800 m de long) et d'un bassin en aval (70m de large, 700m de long, 3m de profondeur). Le débit moyen est d'environ 2.1m³/s. Le système de suivi se compose de deux points de mesure situés à 1000m en amont de la zone de baignade et en aval, à proximité de la baignade. Sur les deux sites, la température de l'eau est mesurée à trois profondeurs et la conductivité électrique à mi- profondeur (pas de temps 10 min).Du printemps à l’automne, une stratification thermique de la colonne d'eau, interrompue la nuit a été mesurée. Les données de conductivité aux deux points de suivi ont permis d'estimer le temps de transfert d’un traceur passif, qui varie de 6h30 à 24h.Pour connaitre leur niveau en temps réel, la relation entre BIF et fluorescence de la matière organique dissoute (MOD) a été étudiée. La spectroscopie de fluorescence combinée à la modélisation PARAFAC a été utilisée pour caractériser la MOD et l'activité microbiologique dans 5 sites en région parisienne. Les résultats ont montré une forte présence d'un composant protéique dans les échantillons de contamination microbienne plus élevée. Une relation a été établie entre ce composant et les BIF. Pour une prévision à court terme (3 jours), une relation entre BIF et données hydrométéorologiques (débit, pluie et durée de temps sec) a été étudiée. À La Villette, une relation entre E. coli et la pluie mesurée en amont, entre 1 et 3 jours avant le jour d'intérêt, a été trouvée. Les mesures ont été utilisées comme données d'entrée du modèle et pour sa validation, la concentration des BIF étant estimée à partir des relations établies entre fluorescence et données de pluie. Les résultats du modèle hydro-microbiologique ont été comparés aux mesures. L'alternance de stratification thermique et mélange observée a été correctement reproduite. Son effet sur la distribution spatiale d'E. coli a été mis en évidence. La variation de la conductivité a été bien simulée. Les temps de transfert, correctement estimés, peuvent être appliqués à d'autres traceurs passifs. Ce travail met en évidence la pertinence d'un modèle hydrodynamique 3D pour évaluer le transport des contaminants et les conditions sanitaires dans un cours d’eau.