Contaminant loads in a mediterranean coastal catchment during storm events : what effects of storm water control measures in urbanized spaces ? : study in the area of Montpellier at various scales

Cette thèse vise à évaluer les impacts des espaces urbanisés et de scénarii changements d’occupation du sol sur les flux de contaminants générés lors d’évènements pluvieux dans le bassin versant du golfe d’Aigues-Mortes et la zone urbaine de Montpellier. Dans un premier temps, il est montré que les apports continentaux de bactéries témoins de contamination fécale (BTCF) aux eaux côtières augmentent significativement avec l’indice de précipitations antérieures. Au sein de la zone urbaine, les flux bactériens et de matières en suspension (MES) se révèlent fortement impactés par les épisodes pluvieux, même de faible période de retour. Dans un second temps, un outil de modélisation est développé pour permettre l’évaluation des impacts de scénarii de gestion du ruissellement pluvial sur les flux de contaminants. Une classification des surfaces urbaines en fonction des processus de transfert des contaminants est proposée, basée sur une stratégie d’échantillonnage appliquée à une carte d’utilisation du sol déjà existante. Puis les surfaces urbaines sont agrégées en unités de réponse qualité (URQ). Le logiciel de modélisation Storm Water Management Model (SWMM) est utilisé pour comparer cette méthode de discrétisation d’un bassin versant aux unités de réponse hydrologiques (URH) communément utilisées. Les simulations sont lancées à l’échelle de l’évènement pluvieux et se concentrent sur les MES, en tant que vecteur principal de pollution en zone urbaine. Il s’avère que les URQ ont la même capacité que les URH à reproduire des hydrogrammes observés, tout en offrant une grande flexibilité pour l’implantation de scénarii de gestion du ruissellement urbain. La construction de ces derniers se base alors sur une approche interdisciplinaire, qui mobilise des méthodes d’enquête sociologique pour mettre en perspective le travail de modélisation par rapport à un contexte territorial plus ou moins favorable à des changements de pratiques de gestion du ruissellement urbain. Sur le territoire montpelliérain, d’importants blocages, notamment d’ordre institutionnel, montrent une faible marge de progression dans la mise en place de techniques alternatives de gestion des eaux pluviales. Pour répondre au besoin crucial de connaissances sur les bénéfices que peuvent apporter ces dispositifs, les scénarii choisis consistent à déconnecter les toitures et à implanter des revêtements perméables sur les différentes URQ définies précédemment. Les résultats de la modélisation montrent des réductions significatives du volume ruisselé et de la masse de MES exportées dans différents espaces urbanisés, en particulier pour les pluies de faible période de retour. De plus, l’impact des scénarii se révèle variable parmi les utilisations du sol typiques de zone urbaine représentées, ce qui montre l’importance de cibler les surfaces à désimperméabiliser selon le type d’espace urbanisé. Sur le territoire montpelliérain, une connexion forte entre science et gestion apparait nécessaire pour favoriser la désimperméabilisation des espaces urbains et préserver la qualité des eaux continentales et littorales du golfe d’Aigues-Mortes.This study aims at assessing the impacts of urbanized spaces and land cover change scenarios on contaminant loads generated during rain events in the gulf of Aigues-Mortes catchment and the urban area of Montpellier (France). Firstly, it is shown that continental inputs of fecal indicator bacteria (FIB) to coastal waters increase significantly with the antecedent precipitation index. Within the urban area, FIB and suspended solids (SS) loads are strongly influenced by storm events, even with a small return period. Secondly, a modelling tool is developed to allow the assessment of the impacts of runoff management scenarios on contaminant loads. A classification of urban surfaces according to build-up and wash-off processes is proposed, based on a sampling strategy applied on an existing land use map. Then, the urban surfaces are aggregated into water quality response units (WQRUs). The Storm Water Management Model (SWMM) is used to compare this method of catchment discretization to the commonly used hydrological response units (HRUs). The simulations are performed at the event scale and focus on SS as a major urban pollution vector. It appears that the WQRUs have the same ability to reproduce observed hydrographs than the HRUs, while affording the advantage of being highly flexible for the implementation of urban runoff management scenarios. The definition of the latest is based on an interdisciplinary approach, through a sociological survey undertaken to put into perspective the modelling study into a territorial context more or less open to the implementation of storm water control measures. In the urban area of Montpellier, major difficulties prevent their implementation. To address the crucial need of knowledge about their beneficial effects, the chosen scenarios consist in rooftop disconnection and the implementation of permeable pavements over the previously defined WQRUs. The modelling results show significant reductions in runoff volume and exported mass of SS in different urbanized areas, particularly for rain events of low return period. Moreover, the impacts of the scenarios are found highly variable among the represented typical urban land uses, thus priorities in implementing storm water control measures should be given accordingly to the specificity of the considered urbanized area. Within the urban area of Montpellier, a strong connection between scientists and managers is necessary to promote the generalization of storm water control measures and preserve the quality of continental and coastal waters in the gulf of Aigues-Mortes