Etude qualité eau et pollution

 

Étude qualité des eaux du port et transport de polluant


 

    Dans les zones portuaires, la pollution connaît des formes très diverses. Par exemple, elle peut se présenter sous forme de débris flottants qui suivent les courants de surface (plastiques, mais aussi et surtout nappes d'hydrocarbure). La pollution peut également être présente à travers des espèces chimiques dissoutes dans l'eau qui se déplacent grâce aux divers courants.

    Nous avons expliqué dans la partie précédente que nous avons fait le choix d'étudier trois principaux polluants qui sont très présents (et donc très représentatifs de la pollution) dans les zones portuaires :

 

 

    Étant donné que les nitrites sont à la fois un polluant organique et un polluant dissous dans l'eau, nous ne mèneront qu'une étude combinée pour ces deux cas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transport pollution chimique dissoute

 

 

►Rappels sur les effets des nitrates/nitrites sur les poissons

 

    Nous avons souhaité modéliser le transport d'un polluant chimique dissous au sein d'une zone portuaire. En effet, ce type de pollution est typique d'un port et est très présente dans ce type de zones. Ce type de pollution est constitué d'anions et de cations, issus soit des bateaux (peinture de zinc par exemple), soit des poissons (nitrites/nitrates, voir explication dans la partie "Modélisation de notre zone d'étude" ici). Nous avons focalisé notre analyse sur le transport des nitrates, sachant que cette étude pourrait être appliquée aux autres ions en solution dans le port.

 

    Les nitrates ($NO_3^-$) et les les nitrites ($NO_2^-$) sont des éléments polluants présents de façon systématique les milieux aquatiques. Ces polluants ont pour origine les rejets de déjections animales dans l'étang de l'Or, mais aussi directement en mer par les poissons. Il est intéressant de remarquer que les concentrations de ces nitrites/nitrates ne doivent toutefois pas dépasser une certaine valeur limite : au delà, ces constituants deviennent nocifs  pour les différents poissons présents dans le milieu concerné.

    En effet, les excréments des poissons sont riches en ammoniaque ($NH_3$) et en ions amonium ($NH_4^+$). La toxicité des ions amonium dépend du pH mais nous n'entrerons pas dans ces détails. L'ammoniaque va alors réagir avec le dioxygène ($O_2$) dissout dans l'eau de mer pour former les nitrites et les nitrates. Un des problèmes engendrés par cette formation de nitrites est que ces éléments empêchent les poissons d'assimiler l'oxygène nécessaire à leurs survies. Les nitrates quant à eux favorisent l'apparition d'algues vertes qui vont venir s'attacher sur les murs du port mais aussi sur les bateaux ce qui est plus gênant et détériore par conséquent la peinture de la coque des bateaux.

 

 

►Un peu de chimie à propos des nitrates/nitrites

 

    Les équations chimiques régissant ces phénomènes sont rappelées ci-dessous :

$NH_4^+ +2H_2O -> NO_2^- + 8H^+ +6e^-$   x2

$O_2+4H^++4e^- ->2H_2O$ x3

 

    Le bilan de ces équations redox donne l'équation suivante, c'est la nitrosation :

$2NH_4^++3O_2 -> 2NO_2^-+4H^++2H_2O$

    De plus, selon certaines conditions les nitrites formés vont pouvoir réagir à nouveau avec l'oxygène dissous dans l'eau pour donner des nitrates selon l'équation suivante, c'est la nitration :

$2NO_2^-+O_2 -> 2NO_3^-$

 

 

    Et le bilan final s'écrit alors :

$2NH_4^++4O_2 -> 2NO_3^-+4H^++2H_2O$

 

    Il semble légitime de supposer que la quantité molaire de $O_2$ dissoute est nettement supérieure aux quantités molaires d'ammoniaque et d'ions amonium dissous. On peut donc penser qu'au bout d'un certain temps tous les $NH_3$ et $NH_4^+$ seront consommés par le $O_2$ dissous dans l'eau pour former des nitrites et enfin des nitrates. Nous considérerons les réactions totales et rapides. De ce fait, l'étude sera faite en partant d'une concentration relative en nitrites/nitrates de 1. Nos études qui suivent permettent de simuler un déversement accidentel ponctuel de polluant dans le port.

 

 

 

 

Etude nitrites/nitrates vent NE

    Nous rappelons que cette étude ainsi que la suivante permettent de simuler un déversement accidentel ponctuel de polluant dans le port.

►Fichier des paramètres de cette étude (fichier .cas) vent de 60 km/h du Nord-Est barrage ouvert

 

    Vous trouverez ici le fichier .cas en intégralité qui pilote le logiciel Telemac  pour simuler le transport des nitrites/nitrates avec un vent de Nord-Est.

fichier .cas de cette étude

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Nord-Est de 60 km/h avec le barrage ouvert

 

    Pour cette étude, il n'est pas nécessaire d'étudier la configuration barrage fermé, car avec un vent du Nord-Est ou Nord-Ouest la côte de l'eau au barrage n'atteint jamais les +35cm NGF (comme démontré dans la partie Résultats>Etude courantologique, ici). Par conséquent, lorsque le vent souffle depuis le nord le barrage restera toujours ouvert.

    Cette étude est faite dans l'hypothèse où aucune pollution n'arrive dans l'arrière port : ni par le grau, ni par le canal venant de la mer. A l'instant initial, un polluant est injecté à la concentration 1 de façon uniforme sur toute la surface de la zone étudiée. Nous faisons ensuite calculer le logiciel Telemac avec les écoulements classiques. Ceci va nous permettre de savoir où réside le plus longtemps le polluant dans l'arrière port. Bien sûr, ceci n'est pas, en réalité, entièrement vrai, puisque l'étang va constituer une source de polluant quasi-infinie au même titre que la mer.

Ainsi, les résultats affichés sur cette page représentent la concentration en polluant qui reste dans le port, exprimée en pourcentage par rapport à la valeur initiale fixée à 100%.

    L'illustration 36 ci-dessous permet de comprendre ce qui se passe lorsque le vent souffle depuis le Nord-Est.

 

Illustration 36 : Évolution de la concentration d'un polluant dissous dans le temps

 

 

Interprétation :

    L'animation permet de remarquer que le vend de Nord-Est permet une dilution du polluant beaucoup plus rapide que dans le cas d'un vent de Sud-Est (cas suivant). Ceci semble logique puisque pour un vent de Nord-Est souffle depuis les terres vers la mer (et donc vers la voie d'évacuation des polluants) comme le montre l'illustration 37 suivante :

 

Illustration 37 : Simulation de la surface libre pour t=61000s

 

    Sur les illustrations suivantes 38 et 39 sont représentées les allures des champs de concentrations pour différents temps (t=16.520 puis t=60.060s). Et nous pouvons remarquer une élévation de la surface libre orientée dans le même sens que le vent.

 

Illustration 38 : Concentration dans le port à t=16.520s         Illustration 39 : Concentration dans le port à t=60.060s

 

 

Interprétation :

  • A t=16.520 s, la concentration dans l'aile Ouest vaut environ 0.57 soit une baisse de 43% durant les 16520 premières secondes. Dans l'aile Est la concentration relative vaut 0.87 soit une baisse moins rapide de seulement 13% par rapport à l'état initial.

 

  • Au bout de t=60.060 s, dans l'aile Est (aile droite) on a une concentration relative de 0.46 soit une baisse de 54% par rapport à l'état initial. En revanche, dans l'aile Ouest la concentration relative vaut 0.17 à t=60.060s soit 83% de la concentration initiale. 

 

  • Nous observons donc que le polluant reste beaucoup plus longtemps dans l'aile "Est" sous l'action d'un vent de Nord-Est. Ces concentrations relatives seront à comparer avec les concentrations relatives du cas suivant (vent de sud-est).

 

 

 

 

 

 

 

Etude nitrites/nitrates vent SE

 

►Fichier des paramètres de cette étude (fichier .cas) vent de 60 km/h du sud-est barrage ouvert

fichier cas de l'étude

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Sud-est de 60 km/h avec le barrage ouvert

 

    L'illustration 40 ci-dessous permet de visualiser les zones où les polluants chimiques dissous vont avoir tendance à résider le plus longtemps. Ici aussi initialement un polluant à la concentration 1 est répartit sur tout la surface étudiée. La grandeur représentée sur les graphiques est la concentration relative en polluant dissous restante à la fin de la simulation ebn pourcentage.

 

    Les conditions pour ces simulations sont un vent de Sud-Est de 60 km/h, une côte de +0.1m NGF à la frontière Sud du domaine, ainsi qu'un débit de 30$m³/s$ entrant par le grau. De plus, nous tenons compte de la marée avec une période de 43.200s soient 12h comme dans les cas précédents.

 

Illustration 40 : Animation des courants et du polluant en fonction du temps dans le port

 

Interprétation :

    Nous remarquons sur l'illustration 40 comme attendu que les zones où le polluant peut potentiellement s'accumuler (pour un vent de Sud-Est) sont les deux ailes latérales du port (lieux où les bateaux sont stationnés). En effet, les polluants dissous résident le plus longtemps dans les zones présentant de fortes recirculations et/ou où les courants sont quasiment nuls.

    Le fait que le polluant reste plus longtemps dans les ailes gauche et droite du port est relativement gênant d'une part pour les poissons qui auront du mal dans ces zones à assimiler le $O_2$ nécessaire à leur bonne santé ; mais aussi car la formation de nitrates favorise la formation d'algues vertes qui s'attachent aux carènes des navires.

 

 

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   Illustration 41 : Zones de recirculation à t=16520s                 Illustration 42 : Zones de recirculation à t=60060s

 

 

Interprétation :

    Sur les illustrations 41 et 42 ci-dessus, nous observons que les zones de stockage des polluants sont les zones de recirculation, mais aussi évidemment les zones où la vitesse est négligeable devant les autres vitesses du domaine. En effet, si on on prend la moyenne des vitesses dans l'aile Est du port, on trouve une vitesse de 0.02 m/s, soit une vitesse quasiment 20 fois plus petite que celle dans le grau. Le fait d'avoir une vitesse si faible est un avantage en termes de tangage, mais un inconvénient en termes de renouvellement de l'eau dans le port. Les nitrites et nitrates ont par conséquent du mal à s'échapper des ces zones latérales ce qui engendre les problèmes déjà évoqués plus haut dans cette section.

    En termes de concentrations relatives, une concentration de 0.5 (contre 0.46 pour un vent de Nord-Est) est trouvée dans l'aile Est à t=60.060s contre une concentration de 0.22 (contre 0.17 pour un vent de Nord-Est) dans l'aile Ouest.

   Finalement pour un temps relativement grand de simulation, le polluant dissous est mieux évacué du port avec un vent de Nord-Est que avec un vent de Sud-Est et cela dans les deux ailes latérales. En effet, pour l'aile Est à t=60.060s pour un vent de Nord-Est la concentration est 2.7 fois plus petite que pour le vent de Sud-Est. Et pour l'aile Ouest pour un vent de Nord-Est la concentration est 4.9 fois plus petite.

 

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Sud-Est de 90 km/h avec le barrage fermé

 

    Lorsque le barrage est fermé (côte au barrage de l'eau supérieure à +35cm NGF), un débit de 0 $m^3/s$ est imposé au niveau du grau (frontière nord).

   Dans cette simulation nous imposons la même marée de 12 heures de période et d'amplitude de 0.2m. Les deux différences avec le cas précédent sont que maintenant nous imposons un vent de Sud-Est d'intensité 90 km/h, et donc nous avons une configuration barrage fermé.

   De plus, le vent de 90 km/h a été imposé avec un coefficient d'influence du vent valant $2,513.10^{-6}$ puisque selon le manuel utilisateur de TELEMAC pour une vitesse supérieure à 19.22m/s (environ 70 km/h) ce coefficient est indépendant de la vitesse du vent. On obtient alors les résultats ci-après sur les illustrations 43 et 44.

 

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Illustration 43 : Concentration en traceur à t=16520s et barrage fermé  Illustration 44 : Concentration en traceur à t=60060s barrage fermé

 

 

►Interprétations de nos résultats

 

    Il est maintenant intéressant de comparer les résultats en configuration barrage fermé avec les résultats du cas barrage ouvert. On remarque que pour t=16.520s et t=60.060s le port entier (excepté pour le grau) contient une forte concentration en polluant dissous lorsque le barrage est fermé. Si nous zoomons sur le grau en analysant les courants nous nous apercevons que celui-ci est le siège d'inversion de courants qui entraînent le polluant vers le port. Pour mieux se le représenter il est possible de regarder l'illustration 45 suivante :

 

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Illustration 45 : des courants dans le grau avec barrage fermé, vent=90km/h Sud-est

 

    Nous remarquons sur l'image 45 ci-dessus qu'il existe un point de fuite pour le polluant à l'Est du grau. C'est par cet endroit que le polluant arrive à s'échapper du grau. L'écoulement étant quasiment stationnaire sur des périodes courtes (de l'ordre de 10 fois inférieures à la période de la marée), on peut considérer que le polluant dissous suit quasiment les lignes de courant sur cette courte période. Par conséquent la ligne noire permet de retracer la trajectoire d'un particule polluée. On remarque qu'elle fait le tour du grau avant d'être éjectée vers l'arrière port.

 

► Comparaison barrage ouvert/barrage fermé

    Si on compare avec les résultats obtenus en barrage ouvert nous remarquons que le débit entrant par le grau de 30 $m^3/s$ joue un rôle très important dans le renouvellement de l'eau dans le port. En effet, si nous comparons les résultats à t=60 060s, il n'y a quasiment plus de pollution lorsque le barrage est ouvert alors qu'il reste encore des nitrites/nitrates quand le barrage est fermé. Finalement, avec un temps de tempête dirigé Sud-Est (et donc le barrage fermé), les poissons attendent avec impatience le retour du beau temps sans vent (et donc avec le barrage ouvert) pour que les nitrites soient évacuées du port.

 

 

 

 

 

Synthèse des résultats

 

 

    Afin d'avoir une vue globale de nos résultats en ce qui concerne le transport de pollution chimique dissoute au sein du port de Carnon, nous les avons rassemblés dans le tableau 46 suivant. Les résultats recensés sont les concentrations au niveau de l'aile Ouest et de l'aile Est entre deux temps distincts. Ces résultats permettent d'avoir une idée de l'influence du vent et de la marée sur l'évacuation d'un polluant. Typiquement, le temps de résidence du polluant dans le port est de l'ordre du jour.

 

  Vent SE 60km/h Vent SO 60km/h Vent NE 60 km/h Vent NO 60km/h

Aile Est

16 500s

C=0.85 C=0.73 C=0.87 C=0.82

Aile Ouest

16 500s

C=0.54 C=0.26 C=0.57 C=0.59

Aile Est

60 000s

C=0.5 C=0.16 C=0.46 C=0.6

Aile Ouest

60 000s

C=0.22 C=0.04 C=0.17 C=0.06

Illustration 46 : transport et évacuation de polluants dissous (exemple : nitrates)

 

Légende :

En rouge : les deux plus importantes concentration en polluants dissous

En vert : les deux plus faibles concentrations en polluants dissous

 

Interprétation :

    La concentration affichée dans l'Illustration 46 est en g/L.

    Nous remarquons globalement que après une marée et demie (t=60 000s) le polluant a quasiment disparu de l'aile Ouest. En ce qui concerne l'aile Est, il semble que le polluant dissous ait plus de difficultés pour s'évacuer et cela quelque soit la direction et l'intensité du vent. Il faut attendre un peu plus longtemps afin que la marée évacue le polluant dans cette aile Est.

    Nous pouvons, pour finir, comparer ces valeurs avec la norme française en vigueur concernant ce  type de pollution (décret 2001-1220 du 20 décembre 2001). Cette norme s'établit à 50 mg/L pour une eau qui est destinée à la consommation humaine. Ainsi, il apparaît comme nous nous y attendions que le taux de nitrates dans le port engendre une eau non potable. Cela est un résultat général pour l'ensemble des ports français.

 

► Perspectives et solutions pour améliorer l'évacuation des polluants dissous

    Étant donnés les résultats dans l'aile Est recensés dans l'illustration 46, il serait intéressant d'accélerer la disparition du polluant en installant par exemple des matrices cristallines comme évoquées dans la partie suivante. Par contre, il semblerait que l'aile Ouest soit moins sujette à une concentration du polluant dissous, par conséquent aucune installation supplémentaire semble requise.

 

 

 

 

 

 

Transport pollution flottante

 

    La deuxième sorte de polluant que nous avons choisi de modéliser est la pollution flottante (hydrocarbure, sacs plastiques...). C'est en effet une pollution rencontrée dans tous les ports de plaisance et de pêche. Comme expliqué dans la partie précédente "Modélisation de notre zone d'étude", ici, les mouvements de cette pollution seront modélisés dans tout le port à l'aide de la fonctionnalité 'FLOTTEURS' dans le logiciel Telemac 2D.

    En effet, les trajectoires adoptées par ces flotteurs suivant les courants de surface du port et donc les flotteurs illustrent parfaitement les trajectoires qu'adoptent les polluants flottants (qui eux aussi suivent de façon passive les courants de surface).

 

Objectifs :

    Nous allons donc ici chercher à visualiser les trajectoires des polluants flottants et par là même, à identifier des éventuelles zones mortes (endroit avec peu de débit -et donc de vitesse- où le polluant stagne sans pouvoir sortir de cet espace et où des recirculations de courants se créent) au sein du port de Carnon.

 

► Méthodologie pour modéliser les trajectoires des polluants

 

    Pour analyser les trajectoires des tâches d'hydrocarbure dans le port de Carnon, nous avons choisi d'analyser 3 zones différentes (illustration 47). Pour ce faire, nous plaçons 13 flotteurs dans ces 3 zones via le logiciel Telemac, en des positions stratégiques du port :

  • 1 dans le grau
  • 5 dans l'aile gauche de l'arrière port (zone "aile" gauche)
  • 7 dans l'aile droite de l'arrière port (zone "aile" droite)

        L'illustration 47 présente une carte des emplacements initiaux de nos treize flotteurs - aux positions marquées '+' - et donc des emplacements initiaux de nos matières flottantes :

 

 

 

Illustration 47 : Emplacements de nos 13 matières flottantes modélisées avec Telemac 2D et dénomination des différentes zones de notre surface étudiée.

 

    Dans ce projet, nous allons étudier les forçages (sur le transport de polluants flottants) dus à des vents soufflants dans différentes directions, et cela toujours combiné avec les effets de la marée à la frontière Sud et du débit du grau à la frontière Nord. Les vents que nous simulons sont (tout comme dans la partie précédente) de direction et d'intensité constantes au cours du temps.

 

 

► Conditions aux limites générales pour l'étude du transport de pollution flottante

  • Sur la frontière Sud nous imposons une hauteur de 0.1m NGF (comme précédemment, il s'agit de la côte moyenne de la mer à Carnon par rapport à la référence du référentiel NGF qu'est Marseille).

 

  • Nous imposons également une condition de marée sur la frontière Sud comme dans les études précédentes (avec la même amplitude de 0.2m et la même période de 12 heures)

 

  • La condition à la limite à la frontière nord se met par débit de 30 m3/s (comme précédemment). Nous allons mener l'ensemble de nos simulations en configuration barrage ouvert. En effet, pour des vents de 80 km/h le barrage est ouvert pour quasiment toutes les directions de vent. Seule la direction Sud-Est provoque une fermeture du barrage (côte de 35.9 cm très légèrement supérieure à la limite de 35 cm). Nous allons donc, pour conserver une cohérence entre les simulations, mener toutes les expériences avec un barrage ouvert.

 

►Vents simulés

     Nous souhaitons étudier 4 directions du vent avec des intensités différentes. Voilà donc les choix d'étude que nous avons faits :

  • 4 Directions étudiées : Nord-Est, Nord-Ouest, Sud-Est et Sud-Ouest

 

  • 3 Vitesses de vent observées pour chaque direction: 0 km/h, 10 km/h et 80 km/h

 

    Vous trouverez dans les pages suivantes les détails de nos résultats et de nos interprétations.

 

 

Marée seule

 

 

    Dans une première partie, nous avons souhaité modéliser le transport de matières polluantes flottantes sous l'action des seules forces de la marée.

    Voilà le résultat auquel nous sommes parvenu, c'est l'illustration 48 :

 

Illustration 48 : Simulation du transport des hydrocarbures aux 13 positions différentes

sur une période de 24 heures

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

 

Interprétation :

    Les trajectoires des 13 flotteurs de l'illustration 48 révèlent la répartition des courants de surface dans l'arrière-port de Carnon. Sur les 13 flotteurs injectés initialement dans l'arrière port, 6 se sont échappés vers la mer. Ces 6 flotteurs ont été lâchés à l'origine soit près du grau, soit au sein même du canal. Le fait que ce soit ces flotteurs qui se soient échappés vers la mer est facilement compréhensible : c'est dans le canal et à proximité que les courants sont les plus élevés (débit fort de 30 m²/s). Sous l'action de ce fort débit et des champs de vitesses uniformément dirigés vers la mer, les trajectoires des flotteurs sont dirigées de façon rectiligne vers la frontière Sud de la zone.

 

    Mais si 6 flotteurs ont réussi à sortir et à être évacués vers la mer, il en reste tout de même 13-6=7 qui restent piégés dans l'arrière port.

    En effet, dans les deux ailes de l'arrière-port, les trajectoires des flotteurs présentent de nombreuses différences.

    Dans l'aile droite, les trajectoires sont beaucoup plus courtes pour un même laps de temps : les flotteurs ne se déplacent en effet que sur des zones très réduites et stagnent pratiquement pour certains d'entre eux. Cette zone de l'arrière port constitue donc une zone pratiquement sans courants avec des eaux stagnantes susceptible d'accumuler les polluants à leurs surfaces.

    Dans l'aile gauche ont lieu des phénomènes bien différents : les flotteurs adoptent deux comportements : ou bien ils stagnent (à l'extrémité gauche du port) ou alors ils suivent des trajectoires de recirculation. Mais dans les deux cas, le résultat final est le même : les polluants flottants sont piégés dans l'aile gauche et ne peuvent pas s'en échapper, soit parce qu'ils ont une vitesse nulle soit parce qu'ils sont entraînés dans leurs tourbillons de recirculation. L'aile gauche constitue donc elle aussi une zone où les polluants sont susceptibles de s'accumuler.

 

 

 

 

 

 

Marée + Vent

 

    Dans cette seconde partie, nous modélisons le transport de polluants à la fois sous les effets de la marée mais aussi sous l'action du vent. Pour mener une étude complète, nous avons simulé les quatre directions principales du vent dans la zone du port de Carnon :

  • Nord-Est (NE)
  • Nord-Ouest (NO)
  • Sud-Est (SE)
  • Sud-Ouest (SO)

 

    Les sous parties de cette section illustrent au cas par cas les résultats que nous avons obtenus avec les différentes directions et intensités des vents. Nous vous invitons à les consulter pour de plus amples informations sur ces forçages des trajectoires des polluants flottants.

 

 

► Synthèse des résultats

    L'illustration 50 présente un tableau récapitulatif global de l'ensemble des résultats obtenus en ce qui concerne les trajectoires des polluants flottants et les impacts des différents vents sur ces dernières. Pour chaque simulation, le tableau permet de savoir quels sont les flotteurs qui ont été évacués vers la mer et quels sont ceux qui sont restés dans l'arrière port.

    L'illustration 49 nous permet de représenter les endroits d'où sont lâchés les flotteurs :
 

Image clicable : cliquez ici pour afficher l'image en taille réelle

Illustration 49 : Numéro de chaque flotteur

 

 

Légende :

rouges  : le flotteur portant ce numéro reste dans l'arrière port et provoque une accumulation de polluant.

vert : le flotteur portant ce numéro s'est échappé de l'arrière-port et a été éliminé vers la mer.

 

Sans Vent Sud-Est Sud-Ouest Nord-Est Nord-Ouest
10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 4 4 4 4 4 4 4
5 5 5 5 5 5 5 5 5
6 6 6 6 6 6 6 6 6
7 7 7 7 7 7 7 7 7
8 8 8 8 8 8 8 8 8
9 9 9 9 9 9 9 9 9
10 10 10 10 10 10 10 10 10
11 11 11 11 11 11 11 11 11
12 12 12 12 12 12 12 12 12
13 13 13 13 13 13 13 13 13

Somme des flotteurs qui restent dans le port pour chaque cas

8 8 11 9 9 8 9 8 8

Illusrtration 50 : Tableau récapitulatif pour le transport des polluants flottants

 

 

Analyse des résultats:

  • Cas sans vent

    En ce qui concerne les simulations sans vent, nous remarquons que 8 flotteurs sont restés dans la zone de simulation malgré les actions de la marée au sud et du débit au nord. Nous allons comparer ce résultat aux cas avec des vents plus ou moins intenses.

 

  • Cas avec faible vent (10 km/h), situation très courante

    Pour le cas vent faible, nous pouvons faire plusieurs commentaires grâce au tableau précédent. En ce qui concerne les trois directions Nord-Ouest, Nord-Est et Sud-Est, les résultats trouvés sont identiques à ceux issus des simulations sans vent. Une légère différence apparaît cependant dans la configuration vent de Sud-Ouest. En effet, dans ce cas là, 9 flotteurs restent dans le port en fin de simulation : c'est un de plus que dans les autres cas. Cela traduit le fait que même avec un faible vent de Sud-Ouest (10km/h), une modification courantologique apparaît : les polluants sont comme "poussés" vers l'aile droite sous les effets des forçages. Cette modification des courants engendre une forte recirculation qui fait que le flotteur numéro 9 (situé dans l'aile droite) se retrouve "piégé" dans la recirculation et n'est plus alors évacué vers la mer comme il l'était précédemment avec ce type de vent.

    De façon générale, comparé au cas sans vent, les simulations avec un vent faible (10 km/h) ne provoquent pas de grandes modifications ni sur les courants hydrauliques ni sur les trajectoires des flotteurs.

    La légère modification principales dans le cas de vent faible réside dans le fait que les trajectoires des flotteurs sont un peu allongées comparé au cas sans vent. Mais cet allongement est tout à fait relatif et les trajectoires des pollutions flottantes demeurent très courtes (quasi sur place des matières flottantes au sein du port sans évacuation possible).

 

Remarque : Dans notre simulation, les activités humaines dans l'arrière-port ne sont pas prises en compte (sorties et entrées de bateau, etc.). Ces activités influencent de façon significative les déplacements des polluants flottants.

 

  • Cas avec vent fort (80 km/h)

    Avec une telle intensité du vent, les résultats concernant les trajectoires des matières polluantes flottantes sont modifiées de façon significative.

    La différence la plus importante est observée avec le vent de direction Sud-Est : dans ce cas, il reste 11 flotteurs dans le port à la fin de la simulation, ce qui constitue un important contraste par rapport au cas sans vent où seulement 8 flotteurs restent piégés. Le vent de Sud-Est souffle fort et "piège" les polluants dans l'aile droite. Les polluants flottants se retrouvent par la suite confinés au sein de cette aile, sans pouvoir lutter contre le vent pour se rediriger vers la mer.

    Pour les autres directions du vent (Nord-Est, Nord-Ouest et Sud-Est), il n'y a pas de grande différence entre l'état vent fort et la configuration vent faible. Globalement, entre 8 et 9 flotteurs sont rejetés vers la mer dans ces cas là.

 

Remarque importante :

    Le mouvement des polluants flottants que nous modélisons est contrôlé par les courants de surface dans la simulation du logiciel TELEMAC 2D. Ces courants varient non seulement suivant les forçages extérieurs (marée+vent+débit venant de l'étang) mais aussi en fonction du temps.

    En observant l'évolution de l'établissement des courants dans l'arrière port, nous constatons que cette évolution connaît différentes phases. Durant la première heure, les variations de courants sont très aléatoires. Puis au bout de 2 heures environ, une répartition stable des courants se met en place.

    Si les flotteurs sont injectés APRES l'établissement des courants stables,seul le flotteur numéro 6 parvient à sortir de l'arrière-port. Tous les autres 12 flotteurs sont piégés dans les 2 ailes latérales. Cette observation nous permet de déduire que les flotteurs qui s'échappent (à part numéro 6) parviennent à sortir de l'arrière port AVANT la création des courants stables (donc durant la phase des courants aléatoires).

 

 

    Ainsi, la direction du vent qui entraîne le plus de pollution  par déchets flottants au sein du port de Carnon est la direction Sud-Est. Dans cette configuration, il se forme de grandes recirculations qui piègent de façon importante les polluants flottants et les empêchent de se rediriger vers la mer.

 

 

 

    Pour consulter les cas par cas de chaque direction et intensité de vent avec la pollution, veuillez cliquer les hyperliens ci-dessous:

 

 

Vent NE

 

Direction : Nord-Est (NE)

  • Intensité : 10 km/h

Illustration 51 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

Illustration 52 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Nous observons sur les illustrations 51 et 52 les différentes recirculations de courants créées par les actions combinées de la marée et du vent de direction Nord-Est. Les flotteurs injectés dans le grau et dans le canal reliant l'arrière et l'avant port sont évacués sous l'action du débit venant du grau (30m3/s). En revanche, les polluants situés dans les deux ailes latérales sont piégés dans de grandes recirculations de courants qui les empêchent de partir vers la mer. Une accumulation de pollutions flottantes est donc possible et probable dans ces zones en cas de forts vents de Nord-Est.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vent NO

 

Direction : Nord-Ouest (NO)

  • Intensités : 10 km/h

 

Illustration 53 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensités : 80 km/h

 

Illustration 54 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Les résultats des simulations du vent faibles (10 km/h) et du vent fort (80 km/h) sont illustrés sur les deux figures 53 et 54 ci-dessus. Elles permettent d'observer des variations dans la répartition des débits et des changements dans la trajectoires des flotteurs de l'arrière-port.

 

  • Vent faible (10 km/h)

    Par rapport à la simulation sans vent, l'ajout du vent faible (illustration 53) ne modifie pas de façon importante les comportements d'hydrodynamiques dans l'arrière port et le grau. En effet, la distribution des courants est quasi identique. Cependant, de faibles différences entre les cas sans vent et vent faible sont observables à travers les trajectoires de quelques flotteurs. Notamment dans les deux ailes latérales, les débits des courants sont un peux plus fort que dans le cas sans vent et à ces endroits, les trajectoires parcourues par les flotteurs sont légèrement plus grandes que dans le cas avec l'action de la marée seulement. En revanche, dans le grau et à proximité, aucune différence entre les deux cas est observable : les trajectoires des flotteurs sont similaires, ils se dirigent de façon rectiligne vers l'avant port et donc vers la mer.

 

  • Vent fort (80 km/h)

    Maintenant nous modélisons l'action d'un vent fort sur le transport de pollution flottante. L'illustration 54 nous permet de visualiser les nouvelles trajectoires des polluants au sein du port. De grandes différences avec le cas précédent sont apparues :

    - dans les deux ailes latérales, nous observons de très importantes zones de recirculation des courants. Elles sont beaucoup plus grandes que dans le cas vent faible et piègent d'autant plus les polluants dans ces zones. 

    - dans le grau et dans le canal reliant avant et arrière port, les polluants sont encore une fois éliminés avec la configuration vent fort.

 

 

 

 

 

Vent SE

 

Direction : Sud-Est (SE)

 

 

 

  • Intensité : 10 km/h

 

Illustration 55 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

 

Illustration 56 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

  • Vent faible de 10 km/h

    L'illustration 55 permet de représenter l'étude menée avec un vent d'intensité égale à 10 km/h correspond à une 'très légère brise' qui est le vent le plus souvent rencontré au port de Carnon. En comparaison avec la simulation sans vent, il est intéressant de noter que les trajectoires des flotteurs injectés dans l'arrière-port n'ont pratiquement pas subit de modifications. Les différences principales résident dans l'allongement des trajectoires des flotteurs dans les ailes latérales.

 

  • Vent fort de 80 km/h

    L'illustration 56 permet de représenter l'étude faite avec un vent d'intensité 80 km/h qui simule un 'fort coup de vent'. C'est un type de vent qui a rarement lieu dans la région du port du Carnon. Cependant, comme le montre à l'illustration, il engendre des courants très différents des cas précédents. En effet, plusieurs recirculations sont maintenant établies au sein des 2 ailes latérales de l'arière port et "piègent" les polluants flottants. Ces courants ont des formes circulaires et adoptent des diamètres variables. En revanche, ce vent ne modifie pas les courants établis dans le grau, où l'écoulement se fait de façon rectiligne vers la mer avec un débit de 30 m3/s .

 

 

 

 

 

 

 

Vent SO

 

Direction : Sud-Ouest (SO)

 

 

  • Intensité : 10 km/h

 

Illustration 57 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

Illustration 58 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Les illustrations 57 et 58 montrent les trajectoires des 13 pollutions flottantes que nous avons simulées. Cette fois ci, ce sont les vents de direction Sud-Ouest de 80 km/h et de 10 km/h sont modélisés dans notre étude.

Lorsque le vent à 10 km/h est imposé, la modélisation illustrée par l'illustration 57 ne permet pas de voir de grandes différences comparé au cas sans vent.

    En revanche, lorsqu'un vent fort est simulé, nous observons des différences importantes dans la trajectoire des pollutions, en comparaison avec le cas sans vent.

   En effet, au sein des deux "ailes "de l'arrière port, la pollution effectue de grandes reciculations de formes circulaires : les matières flottantes tournent sous les effets combinés de la marée, du débit venant du grau et du vent. Mais ces larges recirculations ne permettent tout de même pas d'éliminer complètement la pollution vers la mer : encore ici, les matières flottantes restent concentrée dans les "ailes".

    Il est aussi à noter que les pollutions flottantes situées dans le grau et dans le canal qui relie l'arrière et l'avant port sont dans ce cas aussi transportées vers l'avant port pour y être éliminées vers la mer.

 

Résumé :

    Ainsi, les matières flottantes telles que le bois, le plastique et les nappes d'hydrocarbures, contenues dans les "ailes "de l'arrière port sont coincées dans zones mortes et adoptent des trajectoires circulaires sans échappatoire possible. Cependant, les matières flottantes situées dans le grau sont transportées vers la mer grâce au débit de la frontière du nord.

 

 

Solutions pour lutter contre la pollution

 

► Prise de conscience de cette problématique et législation en vigueur

 

    La problématique de la pollution dans les milieux portuaires est un véritable enjeu environnmental pour les années à venir. Une prise de conscience de cet aspect a eu lieux depuis une vingtaine d'année et depuis lors, des décrets et des lois ont été votées afin de légiférer et d'encadrer les actions visant à luter contre la pollution.

 

    Le décret n° 2003/920 du 22 septembre 2003, prévoit que chaque port mette au point et suive un plan de réception et de traitement des déchets d’exploitation des navires et des résidus de cargaison.

    De même il existe une directive (n° 2000/59/CE) du Parlement Européen et du Conseil en date du 27 novembre 2000, qui est relative aux installations de réception portuaire pour les déchets d’exploitation des navires et des résidus de cargaison. Cette dernière a été transposée en droit français par l’article 14 de la loi 201-43 du 16 janvier 2001.

 

    L'ensemble de ces lois et décrets est très récent comme le souligne les dates de parrution de ces articles. Elles visent à renforcer la protection du milieu marin en réduisant les rejets de déchets d’exploitation des embarcations ainsi que tous déversements illicites en mer. Ainsi, le but final de ces lois est l’amélioration de la disponibilité et de l’utilisation des installations de réception portuaires de déchets.

 

► Action en faveur de l'environnement du port de Carnon

 

    Afin de lutter contre la pollution au sein du port, la mairie et le port de Carnon ont mis en place différentes actions qui ont pour but de réduire significativement la pollution au sein du port.

 

    Cela a permis au port d'obtenir les distinctions suivantes en matière de qualité des eaux :

  • Le port de Carnon est lauréat depuis de nombreuses années consécutives des Pavillons Bleus d’Europe pour ses efforts permanents en matière environnementale.

 

  • Il a de même obtenu le «Trophée de l’Escale » 2005.

 

  • En outre, il s’est engagé dans la démarche « Ports Propres du Languedoc-Roussillon » et répond à tous les critères impératifs de cette charte.

 

Illustration 59 : Port de Carnon

 
► Configuration du port :

 

     En premier lieu, voici quelques données pour comprendre la configuration du port :

    Comme vu dans les pages précédentes, le port de Carnon comporte un avant-port et un arrière-port reliés par un canal.

    Le port de Carnon présente de plus plusieurs installations pour entretenir les bateaux et les ravitailler en hydrocarbure :

  • 2 aires de carénage
  • 1 station d’avitaillement en carburant

    Ces installations sont des sources potentielles de pollution de part leurs fonctionnalités propres et sont donc à surveiller. Pour lutter contre cette éventuelle pollution, plusieurs actions ont été mises en place. Nous les détaillerons dans le paragraphe suivant.

 

 

► Actions pour lutter contre la pollution dans le port :

    L'illustration 60 présente le plan de collecte des déchets divers susceptibles d'être récupérés (notamment durant les mois d'été où la population augmente fortement à cause du tourisme) paar le port de Carnon.

 

Plan de collecte des déchets du port de Carnon, cliquez sur l'image pour afficher la taille réelle

Illustration 60 : Plan de lutte contre la pollution du port de Carnon

Source : http://www.mauguio-carnon.com/files/mauguio_carnon/cote_mer/22.pdf

 

 

 

 

    Différentes procédures ont été mises en place pour lutter contre les trois types de pollution que nous avons simulées, par exemple :

 

 

Afin de réduire la nuisance de pollution due aux bactéries E.Coli, des blocs sanitaires ont été installés tout autour du port en nombre important.

 

Les moyens mis en oeuvre pour limiter les rejets d'hydrocarbure et d'huile au sein du port ont été les suivants :

  • Le port de Carnon offre de la possibilité de d’aspirer directement les eaux résiduelles des fonds de cale des bateaux et les eaux usées sur l'aire d'avitaillement. Elles sont ensuite traitées dans un séparateur avant d'être rejetées dans le milieu.

 

  • Au sein des aires de carénage, le port de Carnon, engagé dans la démarche « Ports Propres » depuis 2001, met à disposition sur chaque aire de carénage une mini-déchetterie pour la collecte des déchets nautiques : batteries, huiles de vidange, toxiques liquides et solides, anodes sacrificielles, accastillage vétuste... Cela permet d'éviter les dépôts intempestifs dans le port ou sur les rives.

 

Pour éviter le grand dépôt de zinc, des zones pour récupérer les anodes sacrificielles usagées ont été développées. Cela permet de réduire en partie la pollution du port en zinc dissous. Le port de Carnon offre également la possibilité de stocker son bateau à terre, ce qui permet d'éviter tout contact entre la coque et l'eau lorsque le navire n'est pas utilisé, comme montré sur l'illustration 61. Ainsi, les impacts sur l'environnement sont très quasiment inexistants : pas de rejets de zinc ni de cuivre durant les moments où le bateau n'est pas en mer.

 

Illustration 61 : Solution du stockage à terre : permet d'éviter les dépôts de matières métalliques dans le port

Source : http://www.mauguio-carnon.com/1-39322-Stockage-a-terre.php

 

Innovations envisageables

 

Pour éviter les trop grandes concentrations en nitrites/nitrates, il existe certaines méthodes de piégeage d'anions. Par exemple, le procédé TRAINIT se base sur des matériaux de synthèse de types hydroxydes doubles lamellaires. Ce sont des matrices cristallines principalement à base de magnésium et de calcium dont chaque motif a une structure octaédrique.

 

Illustration 62 : Procédé TRAINIT

Source : www.technicites.fr/PAR_TPL_IDENTIFIANT/63021/TPL_CODE/TPL_ACTURES_FICHE/PAG_TITLE/Recherche+%3A+pi%E9ger+les+nitrates+dans+les+eaux/1415-actualite-reseau-urbanisme.htm

 

    Les nitrites et les nitrates se retrouvent piégés dans cette structure, comme représentée sur l'illustration 62. La structure représentée est vue de face : nous voyons 4 faces, sachant qu'il y en 4 autres de l'autre côté du plan. Les anions sont naturellement attirés dans la matrice, car ils permettent d'établir l'électroneutralité de la structure. Bien sûr la mer étant constituée d'une multitude d'anions, d'autres anions (et pas seulement $NO_3^- / NO_2^-$) seront récupérés sur la matrice.

 

Il existe des bactéries de la famille de Pseudomonas qui utilisent les nitrates à la place de l'oxygéne pour vivre. Elles permettent de dénitrifier le milieu considéré et relâchent à la place du diazote gazeux. Cependant ces bactéries sont dangereuses pour l'homme et peuvent engendrer des infections. Il n'est ainsi pas envisageable d'utiliser de telles bactéries dans un port pour réduire la concentration en nitrates. En revanche, il est envisageable de trouver des bactéries qui reproduisent le même type de phénomène (consommation du nitrate)  sans que celles-ci soient dangereuses pour l'homme.