Rôle du compartiment biologique dans les processus de colmatage et décolmatage de bassins d'infiltration

par Morgane Gette-Bouvarot (Bouvarot)

Thèse de doctorat en Sciences de l'Environnement Industriel et Urbain

Le président du jury était Agnès Richaume-Jolion.

Le jury était composé de Anne Perrissin, Frédéric Morand.

Les rapporteurs étaient Yves Coquet, Bernard Montuelle.


  • Résumé

    Les bassins d’infiltration sont de plus en plus utilisés en milieux urbains pour la réduction des eaux de ruissellement et la recharge des nappes phréatiques. Toutefois, leur fonctionnement est souvent affecté par des problèmes de colmatage, physiques, chimiques et/ou biologiques, qui conduisent à une diminution des capacités d’infiltration et à une altération potentielle de la qualité des eaux infiltrées. Aussi, la prévention de ce risque devient-elle un enjeu majeur pour garantir la pérennité des ouvrages d’infiltration et la qualité des eaux infiltrées. Si les mécanismes impliqués dans le colmatage sont décrits assez finement dans le cas des processus purement physiques ou géochimiques, les verrous scientifiques sont encore importants pour comprendre la contribution du compartiment biologique (biofilms, végétation, invertébrés). Ce travail de thèse avait ainsi pour objectif de quantifier l’influence du compartiment biologique sur les processus de colmatage et de décolmatage dans des bassins d’infiltration. Pour cela, il était composé de deux grands volets : (i) le premier visait à évaluer la contribution relative du biofilm et de l’accumulation de particules fines sur les paramètres hydrodynamiques du milieu poreux support d’infiltration, ceci dans 2 bassins aux caractéristiques contrastées, (ii) le second avait pour objectif d’évaluer les potentialités de processus écologiques (bioturbation, broutage, allélopathie) à décolmater les bassins par l’introduction de macro-organismes (invertébrés et macrophytes) en mésocosmes ou par encagements in situ. Les résultats ont mis en évidence le rôle déterminant de la composante phototrophe des biofilms sur la dégradation de perméabilité des supports d’infiltration. Un effet seuil de la biomasse phototrophe a été observé sur le rayon moyen des pores hydrauliquement fonctionnels, avec pour conséquences des effets non-linéaires sur la perméabilité. Face à ce colmatage biologique, les résultats obtenus en mésocosmes ont clairement montré que la présence de macrophytes tels que Vallisneria spiralis L. et Chara globularis L. permettait de réduire la biomasse algale par allélopathie. Par la suite, l'introduction par encagement dans un bassin d'infiltration de l’espèce V. spiralis a démontré sa potentialité à réduire le phénomène de colmatage en affectant la physiologie du biofilm algal. De plus, l'introduction du gastéropode aquatique Viviparus viviparus qui se nourrit directement du biofilm permettait de maintenir et même d’améliorer les capacités d’infiltration du bassin. Ces résultats offrent des perspectives intéressantes pour le développement futur de techniques d’ingénierie écologique dans la gestion et l’amélioration de la durée de vie des ouvrages d’infiltration.

  • Titre traduit

    Role of biological compartment in clogging and unclogging processes in infiltration basins


  • Résumé

    Infiltration basins are increasingly used in urban areas for stormwater management or groundwater recharge. However, their functions are often affected by physical, chemical and / or biological clogging, leading to a decrease in infiltration rate and a potential alteration of infiltrated water quality. The prevention of clogging is therefore becoming a major challenge to ensure the sustainability of infiltration devices and the quality of infiltrated water. Although the mechanisms involved in clogging are accurately described for purely physical and geochemical processes, scientific obstacles still prevent from understanding the contribution of biological compartment (i.e. biofilms, vegetation, invertebrates). The aim of this work was to quantify the influence of biological compartment on clogging/unclogging processes in infiltration basins. It was divided in two objectives: (i) To assess the relative contribution of biofilm and fine particle accumulation on the hydrodynamic parameters of the porous media in two basins with contrasting characteristics. (ii) To assess the potential of ecological processes (bioturbation, grazing, allelopathy) to unclog the basins, by the introduction of macro-organisms (invertebrates and macrophytes) in mesocosms or in situ enclosures. Results highlighted the critical role of the phototrophic component of biofilms on the degradation of infiltration media permeability. A threshold effect of algal biomass was observed on the hydraulically functional pore size, with non-linear consequences on the permeability. Faced with this biological clogging, the results obtained with mesocosm experiments clearly showed that the presence of the macrophytes Vallisneria spiralis L. and Chara globularis L. could reduce algal biomass by allelopathy. The introduction of V. spiralis by enclosure in an infiltration basin then demonstrated its potential to reduce the clogging by affecting algal biofilm physiology. In addition, the introduction of the aquatic gastropod Viviparus viviparus, which feeds directly on the biofilm, allowed to maintain, and even improve, the infiltration capacity of the basin. These outcomes offer interesting perspectives for the future development of ecological engineering techniques, to manage and improve the lifetime of infiltration devices.


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