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See detailEtude et caractérisation de mousses aqueuses sous contrainte
Bronfort, Ariane ULg

Doctoral thesis (2015)

De nombreuses questions subsistent quant à la nature d’une interface entre une mousse et une solution. Ce travail concerne l’influence des conditions aux limites au niveau d’une telle interface sur le ... [more ▼]

De nombreuses questions subsistent quant à la nature d’une interface entre une mousse et une solution. Ce travail concerne l’influence des conditions aux limites au niveau d’une telle interface sur le volume de mousse lorsqu’elle est perturbée par une contrainte extérieure. Le lien entre mousse et interface a été étudié dans deux situations différentes : une contrainte normale et une contrainte tangentielle. L’instabilité de Faraday permet de soumettre l’interface à une contrainte normale périodique. L’influence de la géométrie du système a été investiguée pour une surface libre. La modification de la longueur d’onde a été expliquée en terme d’augmentation de l’énergie interfaciale. La perte d’énergie a également été modélisée à l’aide de trois sources : la viscosité de la solution, la présence de molécules de surfactants à la surface et la condition de non-glissement aux parois. L’interaction entre une mousse et l’instabilité de Faraday est ensuite étudiée. La dissipation visqueuse est augmentée par la présence de bulles et a pu être modélisée à l’aide de considérations énergétiques. Il a également été montré qu’un faible nombre de couches de bulles est suffisant pour amortir efficacement toute perturbation de l’interface. La contrainte tangentielle est appliquée à l’interface grâce à un dispositif inspiré des milieux granulaires permettant la rotation d’une cellule de Hele-Shaw autour de son centre. Dans un tel dispositif, les caractéristiques de la mousse et de l’interface varient. Deux modèles prédictifs permettent d’expliquer l’évolution temporelle de la fraction de liquide moyenne. Des outils statistiques ont permis de définir une relation entre les déformations des bulles et les caractéristiques macroscopiques de la mousse. Grâce à la modélisation de l’écoulement, un lien a été établi entre le gradient de pression interne de la mousse et la déformation de l’interface. Finalement, nos résultats sont comparés à ceux obtenus pour des ensembles granulaires dans un dispositif expérimental similaire. [less ▲]

Detailed reference viewed: 49 (9 ULg)
See detailEtude et caractérisation du bassin hydrogéologique du Rechterbach
Robert, Tanguy ULg

Master's dissertation (2007)

Detailed reference viewed: 86 (14 ULg)
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See detailÉtude et développement de techniques de métrologie de déplacements en lumière cohérente en infrarouge thermique
Vandenrijt, Jean-François ULg

Doctoral thesis (2010)

This thesis presents the works realised to apply ESPI and digital holography techniques at 10 µm for the monitoring of surface displacements of aerospace structures and space re- flectors. We consider ... [more ▼]

This thesis presents the works realised to apply ESPI and digital holography techniques at 10 µm for the monitoring of surface displacements of aerospace structures and space re- flectors. We consider objects with dimensions from a few tens of centimetres to more than one metre and with measurement ranges extending from a few micrometers to hundreds of micrometers. For specular surfaces where no diffusive coatings are allowed, we present the speckle pro- jection technique. We implement it in the special case of space reflectors. The use of a dif- fuser as the light source makes optical design much more simple and flexible than tradi- tional interferometric techniques. It allows use to consider its application on a wide range of form. We have also taken profit of the LWIR range to realise for the first time simultaneous dis- placement and temperature measurements with the same infrared detector. For this, we propose different computation techniques of the thermal image out of the phase shifted ESPI specklegram acquisitions. [less ▲]

Detailed reference viewed: 64 (13 ULg)
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See detailEtude et justification des courants de contact induits par les lignes à haute tension dans le parc résidentiel belge et leurs incidences sur la population.
Barbier, Pierre-Paul ULg

Doctoral thesis (2014)

Depuis les années septante, des recherches ont mis en avant une possible corrélation entre la leucémie infantile et les champs électriques et magnétiques générés par les lignes haute tension. Cette thèse ... [more ▼]

Depuis les années septante, des recherches ont mis en avant une possible corrélation entre la leucémie infantile et les champs électriques et magnétiques générés par les lignes haute tension. Cette thèse a pour vocation de mettre en avant un autre mécanisme indirect pouvant être un lien possible de cause à effet, les courants de contact. Le document explore différentes pistes (simulations, modèles) pouvant justifier l’apparition de ces courants. [less ▲]

Detailed reference viewed: 54 (10 ULg)
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See detailEtude et modélisation d'un aquifère alluvial en vue de la mise en place d'installations géothermiques de refroidissement et de conditionnement d'air
Fossoul, Frédérique ULg

Master's dissertation (2009)

Policies against global warming are generating mechanisms favorable to renewable energies. In particular, the development of geothermal expertise has considerably increased these last years and numbers of ... [more ▼]

Policies against global warming are generating mechanisms favorable to renewable energies. In particular, the development of geothermal expertise has considerably increased these last years and numbers of various environments are henceforth studied and worked to feed heating and/or cooling systems. However numerical models, allowing to simulate these processes by integrating the maximum of the available information, are still seldom used in this domain. In this work, the basic principles of geothermal processes are first described. Then, the governing equations for heat transfer in saturated porous media are detailed and the analogies between heat transfer and solute transport are established. Due to the general lack of specific data, the currently available techniques for measuring and evaluating the two main parameters of the subsoil, the thermal conductivity λ and the specific heat capacity c, are reviewed. The main purpose of this work consists in modeling the flow and the heat transfer within the alluvial aquifer of the Meuse in Liège with the aim to set up a system of air conditioning by pumping the groundwater. Two numerical codes are used and compared: MT3D/MODFLOW (finite differences) and HGS (finite elements). The variations of the aquifer temperature are assumed to be weak enough to neglect their influence on hydrodynamics and thermal parameters. A simplified situation is however simulated by means of both previous codes and of software Processing Shemat to validate this hypothesis and to estimate the approximation it could generate in this kind of problem. [less ▲]

Detailed reference viewed: 202 (33 ULg)
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See detailEtude et Modélisation de la contribution des macrophytes flottants (Lemna minor) dans le fonctionnement des lagunes naturellles
Tangou Tabou, Thierry ULg

Doctoral thesis (2014)

Waste stabilization ponds (WSP) are widely used in the treatment of domestic and industrial wastewaters in industrialized countries and in developing countries including the Democratic Republic of Congo ... [more ▼]

Waste stabilization ponds (WSP) are widely used in the treatment of domestic and industrial wastewaters in industrialized countries and in developing countries including the Democratic Republic of Congo. Several organisms (e.g., bacteria, algae, protozoa, and aquatic plants) are involved in the treatment process occurring in the WSP. Therefore, the performance of such systems strongly depends upon the management of the existing macrophytes (or at least the management of the most dominant species). Indeed, large biomass coverage of floating macrophytes can induce several dysfunctions within the ponds (e.g., second pollution due to the death and the settling of the macrophytes, difficulties in harvesting valuable biomass for animal feeding or pharmaceutical purposes, etc.) and can threaten the surrounding ecosystems (i.e., fauna and flora) through the releases of partially or unpurified waters. This study aimed at investigating the contribution of floating macrophytes, namely that of duckweed (Lemna minor), which are the most common species, in the functioning of natural WSP. Specifically, the objectives were: (i) the modeling of the growth kinetics of Lemna minor based on the key environmental influencing factors (nutrients concentrations, light intensity, pH, temperature); (ii) the characterizations of the stoichiometry of the growth of Lemna minor and the gas/liquid transfers in the ponds; and (iii) the set-up of a mathematical model, i.e. the MLLE (Modèle de Lagunage par Lentilles d'eau) through the mass balances approach based on the Petersen’s matrix. The study of the growth kinetics of L. minor was carried out in a growth chamber (phytotron) using a pilot involving initial fresh L. minor biomass and different set of concentrations in nutrient nitrogen (N) and phosphorus (P), light intensity, pH, and temperature. The growth was monitored using the gravimetric methods and digital images processing. The results showed that the growth of L. Minor was optimum for concentrations of N and P of circa 10 mg N-NH4+.L-1 and 1 mg P-PO43-.L-1, respectively, with a maximum growth rate of approximately 0.09 j-1. However, the growth decreased progressively when the respective concentrations of N and P reached approximately 16 mg N-NH4+L-1 and 6 mg P-PO43-.L-1. A possible inhibition due to the excess of substrates might be the cause of such decrease. Moreover, a light intensity greater than 450 μmol.m-².s-1 was potentially harmful for L. minor surviving (growth rate dropped by 60%), though the mortality rate was low (< 0.05 j-1). Characterizing the stoichiometry of L. minor resulted in the formulation of the plant biomol (C88H163O70N10P) and the description of biochemical processes occurring within the ponds, as well as the determination of the conversion rates substrate-biomass in each of these processes. The Lavoisier's principle (conservation of the matter) also was confirmed for the stoichiometric relationship developed for chemical oxygen demands through our experiments. Furthermore, the aeration test assays revealed the influence of the biomass coverage on the gaz/liquid transfers parameters. An exponential decrease of the transfer coefficients, the oxygenation capacity and hourly inputs was associated with increasing coverage rates in both absence and presence of plants. The hypothesis of a main release (about 80%) of oxygen (consumption of carbon dioxide) toward the atmosphere was also confirmed. The third fold of our study was then undertaken based on our findings on the biochemical processes (kinetics and stoichiometry of growth and mortality of plants) and findings on physical processes (gas/liquid transfer) occurring in WSP. A mathematical model, the MLLE, was thus developed and its validity assessed through the equilibrium of the Petersen's matrix. The impact of key nutrients (i.e., nitrogen and phosphorus) on the growth of duckweed, along with the influence of the release of oxygen (consumption carbon dioxide) by the floating macrophytes (L. minor) can be, therefore, thoroughly assessed based on the state variables of the model. Additional simulations using the West® (World Wide Engine for Simulation, Training and Automation) software could help in further calibrating and/or validating the MLLE, and guide in its implementation for industrial purposes. Keywords: Lemna minor, biomass, image processing, nutrient, biomole, gas/liquid transfer, model [less ▲]

Detailed reference viewed: 157 (32 ULg)
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See detailEtude et modélisation des impacts hydrologiques de pluies exceptionnelles dans un environnement valloné et boisé
Deliège, Jean-François ULg; Erpicum, Michel ULg; Dassargues, Alain ULg et al

Scientific conference (2009, September)

Le jeudi 29 mai 2008 a eu lieu en région liégeoise un événement pluvieux extrême qui a eu des conséquences (humaines et financières) douloureuses. Pour rappel, une pluie de courte durée, mais très intense ... [more ▼]

Le jeudi 29 mai 2008 a eu lieu en région liégeoise un événement pluvieux extrême qui a eu des conséquences (humaines et financières) douloureuses. Pour rappel, une pluie de courte durée, mais très intense (lame d’eau d’environ 90 litres par mètre carré en moins de 2 heures) sur le domaine du Sart Tilman a provoqué des inondations très soudaines (communément appelées « flash-floods ») aux abords des ruisseaux descendant du Sart Tilman vers la Meuse et l’Ourthe. Des évènements du même type ont eu lieu dans les semaines suivantes en région liégeoise (Remicourt, …). La méthodologie développée lors cette étude devait donc être transférable à d’autres applications. Le choix du Sart Tilman comme cas d’étude s’imposait cependant vu la bonne connaissance préliminaire du site par les équipes de l’ULg et la concentration des phénomènes extrêmes. Un tel évènement interpelle et amène à chercher à comprendre le phénomène, à le reproduire de façon théorique et à l’anticiper. Ainsi, à l’initiative de la Ministre de la recherche scientifique de la Communauté Française (Marie-Dominique Simonet), l’Aquapôle a fédéré un travail multidisciplinaire visant à décrire les mécanismes de ces événements extrêmes et à reproduire les impacts hydrologiques de ces pluies exceptionnelles à l’échelle locale, dans un environnement boisé et vallonné. Un des objectifs principaux de ce travail était d’obtenir une méthodologie incluant un modèle intégré permettant d’abord de représenter l’évènement, puis par la simulation de scénarios de tester l’effet spécifique de certains facteurs. En effet, outre la complexité de la dynamique météorologique qui les a générés (ces événements exceptionnels ont présenté des caractéristiques homogènes mais à une échelle très locale), les conséquences de l’évènement ont été le fruit de la combinaison complexe d’une série de facteurs environnementaux et humains : nature des sols, topographie locale, couverture végétale, ouvrages anthropiques et urbanisation, etc. De plus, pour effectuer une modélisation hydrologique physiquement basée et spatialement distribuée, il est nécessaire de disposer de nombreuses informations issues de sources différentes. L’approche pluridisciplinaire exigée pour la rencontre de ces phénomènes a pu être rapidement appréhendée à l’Aquapôle de l’Université de Liège. En particulier, l’existence de modèles compartimentaux intégrés a permis de tenir compte de la dynamique des bassins versants, de la nature hydrogéologique des sols et de la complexité des écoulements de surface et/ou sur l’axe hydraulique. Cette approche de modélisation opérationnelle et pragmatique a tout d’abord nécessité la collecte et la préparation d’un grand nombre de données (dans les environnements cartographiques appropriés) afin d’alimenter les modèles et de créer des bases de données. Ce volet a impliqué un noyau d’équipes composées de topo-climatologues, de topographes, d’hydrauliciens, d’hydrogéologues et d’intégrateurs numériques de façon à prendre en considération l’ensemble des processus et paramètres pertinents à l’atteinte de l’objectif visé. Sur base de la description des processus et de leurs dynamiques spatiale et temporelle ayant abouti à ces catastrophes, l’Aquapôle a pu reproduire et mettre en évidence les événements grâce à des outils de simulations numériques s’appuyant sur une description fine de la météorologie et de la topographie locale, des ouvrages d’art existants et des spécificités locales de toute nature (anthropiques et naturelles). Le dernier volet de cette étude a été dédié à l’élaboration intégrée de scénarios de simulation pour l’utilisation du modèle WOLF HYDRO : un modèle hydrologique spatialement et temporellement distribué qui est principalement développé pour représenter les transferts quasi horizontaux prépondérants en périodes de crues. Son approche physiquement basée lui permet d’utiliser au mieux les différentes informations disponibles. Il a été utilisé dans cette étude, en s’appuyant sur les informations générées par les autres équipes. Pour les trois bassins versants étudiés, de caractéristiques sensiblement différentes, la méthodologie employée permet d’aboutir à des hydrogrammes réalistes pour l’épisode du 29 mai 2008. Des scénarios multiples ont également permis de vérifier la sensibilité du modèle, de tester l’influence d’aménagements potentiels sur le bassin versant (changements d’occupation des sols, création de bassins d’orage, …) et de fournir des résultats pour des pluies de récurrences fixées d’une durée proche de l’événement principal. Les observations réalisées lors de l’événement et les résultats de la modélisation permettent de conclure au fait que l’événement de mai 2008 est véritablement extrême et qu’aucun équipement raisonnable n’aurait pu aboutir à un affaiblissement significatif des débits observés aux exutoires des ruisseaux. Les pics de crues sont en effet parfois proches du double de ceux observés pour une crue bi-centennale. Ainsi, lors d’un tel événement, seul un aménagement prudent de l’habitat aux abords des ruisseaux peut amener à une réduction des dommages matériels. En effet, la délivrance de permis d’urbanisme sur le cours d’eau ou à son voisinage immédiat aggrave les conséquences de ces phénomènes exceptionnels. Enfin, conformément à la notification du Gouvernement Wallon (séance du 3 juin 2009), les résultats de la recherche FL², confiée par la Communauté Française à l’ULg, seront intégrés dans les travaux du GTI (Groupe Transversal Inondations). Ces résultats ont fait l’objet d’une présentation collégiale au GTI le 5 octobre 2009 et d’une présentation à destination des communes et d’un public large et ouvert le 19 novembre 2009. [less ▲]

Detailed reference viewed: 151 (41 ULg)
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See detailEtude et modélisation des impacts hydrologiques de pluies exceptionnelles dans un environnement vallonné et boisé
Deliège, Jean-François ULg; Erpicum, Michel ULg; Dassargues, Alain ULg et al

Report (2009)

Le jeudi 29 mai 2008 a eu lieu en région liégeoise un événement pluvieux extrême qui a eu des conséquences (humaines et financières) douloureuses. Pour rappel, une pluie de courte durée, mais très intense ... [more ▼]

Le jeudi 29 mai 2008 a eu lieu en région liégeoise un événement pluvieux extrême qui a eu des conséquences (humaines et financières) douloureuses. Pour rappel, une pluie de courte durée, mais très intense (lame d’eau d’environ 90 litres par mètre carré en moins de 2 heures) sur le domaine du Sart Tilman a provoqué des inondations très soudaines (communément appelées « flash-floods ») aux abords des ruisseaux descendant du Sart Tilman vers la Meuse et l’Ourthe. Des évènements du même type ont eu lieu dans les semaines suivantes en région liégeoise (Remicourt, …). La méthodologie développée lors cette étude devait donc être transférable à d’autres applications. Le choix du Sart Tilman comme cas d’étude s’imposait cependant vu la bonne connaissance préliminaire du site par les équipes de l’ULg et la concentration des phénomènes extrêmes. Un tel évènement interpelle et amène à chercher à comprendre le phénomène, à le reproduire de façon théorique et à l’anticiper. Ainsi, à l’initiative de la Ministre de la recherche scientifique de la Communauté Française (Marie-Dominique Simonet), l’Aquapôle a fédéré un travail multidisciplinaire visant à décrire les mécanismes de ces événements extrêmes et à reproduire les impacts hydrologiques de ces pluies exceptionnelles à l’échelle locale, dans un environnement boisé et vallonné. Un des objectifs principaux de ce travail était d’obtenir une méthodologie incluant un modèle intégré permettant d’abord de représenter l’évènement, puis par la simulation de scénarios de tester l’effet spécifique de certains facteurs. En effet, outre la complexité de la dynamique météorologique qui les a générés (ces événements exceptionnels ont présenté des caractéristiques homogènes mais à une échelle très locale), les conséquences de l’évènement ont été le fruit de la combinaison complexe d’une série de facteurs environnementaux et humains : nature des sols, topographie locale, couverture végétale, ouvrages anthropiques et urbanisation, etc. De plus, pour effectuer une modélisation hydrologique physiquement basée et spatialement distribuée, il est nécessaire de disposer de nombreuses informations issues de sources différentes. L’approche pluridisciplinaire exigée pour la rencontre de ces phénomènes a pu être rapidement appréhendée à l’Aquapôle de l’Université de Liège. En particulier, l’existence de modèles compartimentaux intégrés a permis de tenir compte de la dynamique des bassins versants, de la nature hydrogéologique des sols et de la complexité des écoulements de surface et/ou sur l’axe hydraulique. Cette approche de modélisation opérationnelle et pragmatique a tout d’abord nécessité la collecte et la préparation d’un grand nombre de données (dans les environnements cartographiques appropriés) afin d’alimenter les modèles et de créer des bases de données. Ce volet a impliqué un noyau d’équipes composées de topo-climatologues, de topographes, d’hydrauliciens, d’hydrogéologues et d’intégrateurs numériques de façon à prendre en considération l’ensemble des processus et paramètres pertinents à l’atteinte de l’objectif visé. Sur base de la description des processus et de leurs dynamiques spatiale et temporelle ayant abouti à ces catastrophes, l’Aquapôle a pu reproduire et mettre en évidence les événements grâce à des outils de simulations numériques s’appuyant sur une description fine de la météorologie et de la topographie locale, des ouvrages d’art existants et des spécificités locales de toute nature (anthropiques et naturelles). Le dernier volet de cette étude a été dédié à l’élaboration intégrée de scénarios de simulation pour l’utilisation du modèle WOLF HYDRO : un modèle hydrologique spatialement et temporellement distribué qui est principalement développé pour représenter les transferts quasi horizontaux prépondérants en périodes de crues. Son approche physiquement basée lui permet d’utiliser au mieux les différentes informations disponibles. Il a été utilisé dans cette étude, en s’appuyant sur les informations générées par les autres équipes. Pour les trois bassins versants étudiés, de caractéristiques sensiblement différentes, la méthodologie employée permet d’aboutir à des hydrogrammes réalistes pour l’épisode du 29 mai 2008. Des scénarios multiples ont également permis de vérifier la sensibilité du modèle, de tester l’influence d’aménagements potentiels sur le bassin versant (changements d’occupation des sols, création de bassins d’orage, …) et de fournir des résultats pour des pluies de récurrences fixées d’une durée proche de l’événement principal. Les observations réalisées lors de l’événement et les résultats de la modélisation permettent de conclure au fait que l’événement de mai 2008 est véritablement extrême et qu’aucun équipement raisonnable n’aurait pu aboutir à un affaiblissement significatif des débits observés aux exutoires des ruisseaux. Les pics de crues sont en effet parfois proches du double de ceux observés pour une crue bi-centennale. Ainsi, lors d’un tel événement, seul un aménagement prudent de l’habitat aux abords des ruisseaux peut amener à une réduction des dommages matériels. En effet, la délivrance de permis d’urbanisme sur le cours d’eau ou à son voisinage immédiat aggrave les conséquences de ces phénomènes exceptionnels. Enfin, conformément à la notification du Gouvernement Wallon (séance du 3 juin 2009), les résultats de la recherche FL², confiée par la Communauté Française à l’ULg, seront intégrés dans les travaux du GTI (Groupe Transversal Inondations). Ces résultats ont fait l’objet d’une présentation collégiale au GTI le 5 octobre 2009 et d’une présentation à destination des communes et d’un public large et ouvert le 19 novembre 2009. [less ▲]

Detailed reference viewed: 159 (54 ULg)
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See detailEtude et modélisation des tendances en nitrate au sein de l’aquifère crayeux du bassin du Geer en support à la mise en œuvre de la directive cadre sur l’eau
Orban, Philippe ULg; Batlle-Aguilar, Jordi; Goderniaux, Pascal et al

Scientific conference (2009, October 22)

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See detailEtude et modélisation du phytobenthos dans différents types de rivières du bassin Rhin-Meuse; synthèse.
Descy, Jean-Pierre; Leglize, Lionel; Laforge, Philippe et al

Report (2000)

Dans le cadre de l'application du modèle mathématique PEGASE au bassin Rhin-Meuse, le sous-modèle relatif au phytobenthos a été amélioré par une description plus fidèle du compartiment « macrophytes ». Un ... [more ▼]

Dans le cadre de l'application du modèle mathématique PEGASE au bassin Rhin-Meuse, le sous-modèle relatif au phytobenthos a été amélioré par une description plus fidèle du compartiment « macrophytes ». Un suivi régulier a été mené, de 1996 à 1999, sur une dizaine de cours d'eau représentatifs de la diversité hydrologique, géomorphologique et géochimique du bassin Rhin-Meuse. L'évolution annuelle des biomasses a permis de définir trois grands types de végétation : cours d'eau à renoncules peltées ou à pinceaux (grès ou granites); cours d'eau à renoncules flottantes (calcaires); cours d'eau à potamot pectiné (marnes-argiles). Une modélisation non stationnaire de la croissance du phytobenthos a été réalisée sur 5 tronçons de rivière. Ces renseignements, ainsi que l'ensemble des 'données terrains' recueillies sous forme d’une base de données, ont permis d'améliorer prochainement le sous-modèle 'phytobenthos' [less ▲]

Detailed reference viewed: 33 (4 ULg)
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See detailEtude et modélisation du phytobenthos dans les différents types de rivières du bassin Rhin-Meuse
Laforge, Philippe; Petitdidier, David; Everbecq, Etienne ULg et al

Report (1999)

Dans le cadre de l'application du modèle mathématique PEGASE au bassin Rhin-Meuse (http://hdl.handle.net/2268/185104), le sous-modèle relatif au phytobenthos a été amélioré par une description plus fidèle ... [more ▼]

Dans le cadre de l'application du modèle mathématique PEGASE au bassin Rhin-Meuse (http://hdl.handle.net/2268/185104), le sous-modèle relatif au phytobenthos a été amélioré par une description plus fidèle du compartiment « macrophytes ». Un suivi régulier a été mené, de 1996 à 1999, sur une dizaine de cours d'eau représentatifs de la diversité hydrologique, géomorphologique et géochimique du bassin Rhin-Meuse. L'évolution annuelle des biomasses a permis de définir trois grands types de végétation : cours d'eau à renoncules peltées ou à pinceaux (grès ou granites); cours d'eau à renoncules flottantes (calcaires); cours d'eau à potamot pectiné (marnes-argiles). Une modélisation non stationnaire de la croissance du phytobenthos a été réalisée sur 5 tronçons de rivière. Ces renseignements, ainsi que l'ensemble des 'données terrains' recueillies sous forme d’une base de données, ont permis d'améliorer prochainement le sous-modèle 'phytobenthos' [less ▲]

Detailed reference viewed: 26 (1 ULg)
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See detailEtude et modélisation du transport et du piégeage des solutés en milieu souterrain variablement saturé. Evaluation des paramètres hydrodispersifs par la réalisation et l'interprétation d'essais de traçage in situ
Brouyère, Serge ULg

Doctoral thesis (2001)

The long term protection of groundwater resources implies to study the behaviour of water and contaminants as soon as they penetrate in the underground (recharge) until they leave it at natural outlets ... [more ▼]

The long term protection of groundwater resources implies to study the behaviour of water and contaminants as soon as they penetrate in the underground (recharge) until they leave it at natural outlets (discharge in surface water bodies, springs, …) or at artificial extraction points (pumping wells, …). During this residence in the underground, many physical and chemical processes are likely to play a role on contaminant mobility. The attenuation, retardation and auto-purification capacities of the underground medium have thus to be quantified and considered. Consequences of their effect on contaminant behaviour can be positive (contaminant dispersion, dilution, degradation, …) or negative (difficulties to recover the contaminant, long-term impact of the contamination, …). This research aims at providing a conceptual and mathematical framework for studying on the field and for modelling the migration and retardation of solutes in variably saturated underground media. A classification of physico-chemical processes is proposed, based on three main criteria : (1) a differentiation between “microscopic” processes, playing a role at pore-scale and “macroscopic” processes, playing a role at field scale, (2) a distinction between physical processes (affecting any kind of contaminant, independently from its chemical nature) and chemical processes (affecting some contaminants, according to their specific chemical properties), (3) a distinction between equilibrium processes (independent of time) and kinetic processes (explicitly dependent of time). On that basis, the conceptual model includes three main compounds : advection, hydrodynamic dispersion and a mass exchange process between the mobile water and an immobile phase of aqueous (dual porosity effect) or solid (kinetic sorption) nature. Within this conceptual framework, developments and adaptations made in the SUFT3D code in order to model the behaviour of a contaminant in the variably saturated underground are presented. The evaluation of hydrodispersive parameters governing the migration and the capturing of contaminants relies on the interpretation of field tracer tests, conducted under variably saturated flow conditions. An important part of the research has thus been devoted to an improvement of tracer test techniques and interpretation, more particularly in terms of concentration and mass recovery evolutions, the latter being more appropriate for evaluation and quantification of retardation processes. In order to model more physically and accurately the tracer injection, a new conceptual, mathematical and numerical approach has been developed, considering explicitly well-aquifer interactions. Using this model, numerical tests show the impact of tracer injection conditions on tracer test results, possibly leading to wrong interpretation in terms of both processes identification and parameters quantification. In order to make a correct interpretation of tracer test results, the control of tracer injection conditions is thus essential. Two experimental studies illustrate the developments of this work. A multi-tracer test experiment was conducted under saturated conditions in the sediments of the alluvial plain of the river Meuse at Hermalle-sous-Argenteau. The results of these tests allow to validate and to illustrate the approach developed in order to model accurately tracer injection and well-aquifer interactions, to highlight other practical and conceptual problems encountered when conducting the experiments, to examine the chemical behaviour of several artificial tracers and to quantify the hydrodispersive properties of alluvial deposits. The objective of the second field experiment was to identify and to quantify solute migration mechanisms in the unsaturated zone overlying the chalk aquifer in the Hesbaye Region. These results allow to suggest a unifying conceptual and mathematical approach in order to represent the hydrodynamic and hydrodispersive properties of fissured chalk under variably saturated conditions. They also show the impact of physical properties of aeolian loess materials on their hydrodynamic properties. [less ▲]

Detailed reference viewed: 267 (39 ULg)