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Positionnement scientifique

L’équipe ESAH s’intéresse à l’eau continentale comme facteur fondamental de développement des sociétés. L’équipe aborde, comme thème principal, la ressource en eau pour les sociétés humaines et en particulier, de par sa spécificité d’Ecole des Mines, elle s’intéresse aux relations (pressions) entre les activités anthropiques (industrielles, urbaines ou agricoles) et les hydrosystèmes. Grâce à une démarche pluridisciplinaire, elle développe des approches méthodologiques (mesure, modélisation, gestion) permettant de réduire l’impact des activités anthropiques : (i) soit en amont, par la modélisation, prévention ou la lutte biologique, (ii) soit en aval par le traitement de l’eau ou en ré-utilisation des eaux usée à l’échelle d’un territoire. Ces activités sont portées principalement par 4 domaines méthodologies : la mesure pour le diagnostic, la modélisation, le traitement et la gestion des ressources. Pour chacun de ces domaines les principaux enjeux et verrous sont identifiés et des méthodes innovantes sont envisagées pour les aborder.

1.    Mesure pour un diagnostic des ressources

La demande sociétale (gestionnaires de bassin, Agence de l’eau), nous incite à étendre nos cibles dans l’optique de mieux appréhender l’état des masses d’eau (état chimique et écologique) et leur évolution potentielle.
Concernant le développement de biocapteur, les résultats obtenus sont intéressants et l’effort de recherche sera maintenu en particulier sur l’étude d’éléments de reconnaissance pour divers polluants cibles, tout en consolidant nos collaborations nationales (laboratoire « 'Engineering of Therapeutic Peptides » de Marseille, participation à un GDR « Biocapteur ») et internationales (laboratoire « Biosensors and Bioelectronics Center » de l’Université de Linköping (Suède)).

Forts de nos compétences et savoir-faire sur les capteurs et biocapteurs, notre ambition est de développer des systèmes intégrateurs (capteurs, réseaux de capteurs, traitement de données, modélisation) et de proposer des outils d’aide à la décision pour différents acteurs (collectivités, entreprise en charge de l’assainissement, de la potabilisation de l’eau). A ce niveau, les compétences complémentaires maintenant regroupées au sein de l’équipe ESAH (mesures physico-chimiques, biodétection/bioessais, statistiques machine Learning) sont un atout indéniable pour répondre de façon pertinente aux enjeux du diagnostic des ressources en eau (chimique et écologique). Cette approche s’intègre dans les axes stratégiques de l’IMT, en particulier « TIC et environnement » et de la démarche Smart Spécialisation (3S) soutenue par la Région LR. Il existe, en effet, un champ de recherche important concernant le diagnostic précoce, le calcul d'indice global de qualité de l'eau (multicritère) reposant sur l’acquisition de données et d’interprétation de bases de données environnementales, domaine pour lequel l’Ecole des Mines d’Alès et ses 2 laboratoires (LGEI, LGI2P) peuvent travailler en étroite collaboration. Cet axe constitue un nouveau challenge pour l’équipe qui s’appuiera sur la pluridisciplinarité des activités de recherche développées au sein de l’EMA.

2.    Modélisation

Les hydrosystèmes sont en général complexes et mal connus, une alternative à la modélisation physique ou conceptuelle est développée par l’équipe à partir du paradigme systémique. L’originalité de l’équipe vient de sa compétence dans la modélisation statistique à l’aide de réseaux de neurones formels qui permettent de réaliser des modèles opérants sur des systèmes non-linéaires et non stationnaires. Ce choix implique cependant en conséquence un questionnement sur la validité des modèles, uniquement construits à partir des données, face aux évolutions futures (changement climatique, événements extrêmes). Pour cela l’équipe attache un soin particulier à la validation des modèles ainsi conçus, en particulier en évaluant leurs performances sur l’évènement le plus intense (crue, sécheresse) de la base de donnée. Du point de vue de la connaissance, l’équipe a proposé une méthode d’extraction de la connaissance du modèle neuronal, permettant ainsi autant de valider le modèle que d’affiner la connaissance du bassin étudié (thèse Line Kong A Siou). Cette méthode, (KnoX comme Knowledge eXtraction) a été le support de plusieurs travaux de thèse (Thomas Darras, Virgile Taver). A partir de ces bases, l’approche de modélisation a pour ambition de se développer, d’une part, par un approfondissement de ses compétences sur la modélisation hydrodynamique (prévision des crues, des étiages) et le déploiement de la méthode KnoX sur des hydrosystèmes variés, et d’autre part par un élargissement de ses cibles en s’intéressant à la modélisation des transferts de masse (turbidité, traceurs) à des fins de diagnostic du bon état écologique d’un hydrosystème, ou de vulnérabilité d’un territoire. Tous ces développements ont vocation à produire un effet de levier pour l’ensemble des activités de recherche de l’équipe.

3.    Réutilisation et le recyclage des ressources

Dans le cadre d’une gestion raisonnée des ressources, une alternative concerne le développement d’une filière de réutilisation d’eaux usées (filières de traitement et de distribution).traitement tertiaire
L’approche « recyclage/réutilisation » en plein essor (cf. appel d’offre ANR Eco-Ts) intègre non seulement le développement de filières de traitement, mais également un volet « évaluation environnementale  et acceptabilité sociale».

4.    Gestion durable de ressources à l’échelle d’un territoire

L’équipe est engagée dans une démarche d’écologie industrielle en proposant des méthodologies permettant de favoriser une écologie industrielle et territoriale non plus descriptive, mais prescriptive (proposition d'actions) et d’évaluation, permettant d'identifier, de proposer et d’évaluer (par rapport à un état initial) des scénarios de développement territorial tenant compte à la fois des spécificités locales et des changements globaux.
Le but est de permettre d'améliorer les performances économiques et environnementales d'un territoire, par une meilleure gestion des ressources de ce territoire.
Cette démarche sera amplifiée dans le cadre, notamment, de notre implication dans la chaire industrielle ANR ELSA-PACT  qui porte sur l’Evaluation environnementale et sociale (E & S) du cycle de vie pour améliorer la compétitivité des entreprises par la transition écologique et sociale. Cette chaire est portée par l’IRSTEA. Les partenaires sont ceux du pôle Elsa (EMA, CIRAD, Montpellier Supagro), des institutionnels (ONEMA, REGION LR) et des industriels (SUEZ ENVIRONNEMENT, SCP, BRL, VAL D’ORBIEU UCCOAR et un bureau d’étude EVEA). Pour l’EMA, cette chaire permettra d’obtenir de co-financement 3 thèses, ayant trait à la convergence de l’ACV et des études d’impact classique ; au couplage ACV/SIG appliqué au reuse ; et à la prise en compte des spécificités locales dans le calcul des impacts liés aux ressources en eau. En complément de cette thèse, un développement de nouveaux « pathways » pour calculer des indicateurs définissant des "potentiels d'usage" dédiés à l’ACV territoriale et à l’ACV territorialisée sera engagé, dans une optique d’écologie industrielle
Dans ce cadre de scénario de développement, l’implantation de nouvelles industries et la gestion sur le long terme du site se pose. Du fait de pressions foncières, ces implantations pourraient être réalisées sur des anciennes friches et seront en compétition avec les milieux naturels et les autres activités humaines (agricole, urbain). Ainsi, ces scénarios doivent permettre d’évaluer les impacts liés à la réhabilitation des sites, ainsi que les impacts générés sur le territoire ou transférés vers d’autres territoires. Il s’agit de passer d’une posture de compétition relative à l’exploitation d’une ressource à une posture de coopération afin d’optimiser l’exploitation de cette ressource.

Une mine ou carrière peut être vue comme une opération d’aménagement d’un territoire et son développement sur le long terme, de par son ampleur. Un projet minier constitue aussi pour le porteur de projet des investissements majeurs et une maîtrise des risques sur un pas de temps long, permettant d’assurer son développement économique. Cette maitrise des risques a longtemps été le paramètre déterminant permettant de concevoir un projet minier. Les conséquences environnementales, économiques et sociales, positives ou négatives restaient asservies à ce paramètre. Cependant, ces conséquences ont progressivement pris une grande importance dans la conception d’un projet minier, du fait de retours d’expériences et d’une analyse critique de plusieurs développements miniers, durant la phase d’exploitation mais aussi lors de l’après mines. Pour prendre en compte ces paramètres, la recherche à l’école des mines d’Alès dans le domaine des ressources minérales s’articule dans 3 thématiques liées : les ressources minérales (CFR Vicat, Projet Laubamac), l’impact de l’industrie extractive (thèse en cotutelle internationale avec la Côte d’Ivoire) et les ouvrages souterraines (FUI EREDOS) ; afin de répondre à des problématiques globales mais également à des verrous particulier locaux. Lancé en 2016, l’école des mines d’Alès est également l’un des 4 membres porteurs du réseau d’excellence mine et société qui intègre tous les acteurs du domaine de l’industrie extractive pour répondre à la relance du secteur minier.

Interactions dans le paysage national, régional et international

Au niveau régional
  • Hydrosciences Montpellier

Afin d’apporter une reconnaissance aux relations établies entre le LGEI et le Laboratoire Hydrosciences Montpellier (UMR 5569), mais également d’amplifier les collaborations et fertilisations mutuelles, un rapprochement est envisagé entre l’équipe ESAH et cette UMR. Les composantes portées par l’équipe ESAH relatives aux systèmes anthropiques (flux de polluants, pressions anthropiques sur les ressources, approches territoriales, …) et à la modélisation statistique des hydrosystèmes viennent compléter la vaste palette des thèmes de recherches abordés par cette UMR. Une convention de recherche liant les deux Laboratoires est en cours afin de rendre les échanges plus fluides au niveau administratif entre les deux Laboratoires.

  • Institut Montpelliérain de l’Eau et de l’Environnement (IM2E)

L’institut IM2E est un GIS qui fédère près de 400 scientifiques de 14 unités régionales dans le domaine de l’eau. Ses ambitions sont de relever les défis du 3ème millénaire relatifs à la gestion et à la protection de l’eau. L’équipe ESAH est particulièrement impliquée dans sa gouvernance puisque C. Gonzalez en tant que directeur adjoint aura en charge les relations avec le monde des entreprises.

  • Pôles de compétitivité régionaux,  EAU et SWELIA ; cluster Terinov :

L’équipe ESAH y participe activement au sein des Conseils d’Administration, et de plusieurs groupes de travail.

  • Pôle Elsa, la chaire industrielle ACV

Au sein du Pôle, ESAH y intervient en tant qu’animatrice de la thématique écologie industrielle, se traduisant en particulier par le développement de l’ACV Territoriale (ACV appliquée à l’évaluation d’un territoire) et d’ACV territorialisée (ACV d’activités spatialement distribuées) appliquées à la gestion de l’eau et des déchets. Les différents membres d’ELSA, provenant d’IRSTEA, INRA Narbonne, CIRAD, Montpellier SupAgro et EMA travaillent étroitement avec les autres acteurs du domaine de l’eau publics et privés présents sur Montpellier.

Au niveau national
  • Institut Mines Telecom

La complexité des phénomènes étudiés nécessite le développement de recherches également au niveau des méthodes de traitement de l’information et de prise de décision. C’est pourquoi les enseignants chercheurs de l’équipe sont également partie prenante du réseau « TIC et environnement » de l’Institut Mines Telecom et collaborent avec le Laboratoire LGI2P de l’EMA. Si le lien avec la modélisation statistique est évident, en revanche d’autres connexions devraient se faire, parmi lesquelles on peut citer la réalisation de surveillance des masses d’eau à l’aide de réseaux de capteurs communicants.
Le LGI2P est aussi sollicité pour le traitement de données collectées en écologie industrielle. En effet, ces données peuvent être sous forme de « big data » issues de différentes sources et avec des formats différents. Elles peuvent aussi être qualitatives, par exemple, du retour d’interviews. Il est donc nécessaire d’utiliser des traitements de données adaptés aux différentes sources (théorie des probabilités, théorie des possibilités) de pouvoir agréger et croiser ces données sans perte préjudiciable d’information (le maintien de la diversité d’opinion étant indispensable en ACV).
Au sein de l’institut, la collaboration avec l’UR SEPIT de l’Ecole des Mines de St-Etienne (D. Graillot) se poursuit par la participation des deux Laboratoire à la ZABR et leur travail commun sur le bassin versant karstique de la Cèze (échanges nappe-rivière).
Les aspects de gestion des ressources font aussi l’objet de collaboration via des projets INTERCARNOT (INDECO, projet REPIS - sur les indicateurs environnementaux utilisables en évaluation environnementale et d’écologie industrielle)
Constitution d’un GDR Biocapteur (avec le CEA; le CNRS de Marseille, L’INSA de Lyon, l’université de Lyon).

  • Zone Atelier du Bassin du Rhône (ZABR)

L’EMA, par l’équipe ESAH participe à la Zone Atelier du Bassin du Rhône. Elle a contribué à la déinition d’un nouveau site atelier « Rivières Cévenoles ».

  • Collaborations académiques et industrielles

Outre les équipes et institutions déjà citées, l’Equipe ESAH collabore avec de nombreuses équipes au niveau national, on peut citer les plus structurantes : BRGM (Montpellier et Orléans), ESPCI ParisTech, UMR EDYTEM (Chambéry), UMR M2C (Rouen), EM Nancy, ELSA (IRSTEA Montpellier, INRA Narbonne, CIRAD, Montpellier SupAgro), CREIDD (UTT), IRSTEA Anthony et Montoldre, LARefi (Bordeaux IV), UMR 8504 Géographie-cités Paris, CRITT Catar (Toulouse)
Au niveau partenarial, l’équipe ESAH entretient des relations contractuelles avec de nombreux partenaires institutionnels ou de la sphère économique, parmi lesquels : Veolia, SCHAPI, DREAL, SAUR, SUEZ, NPP, BRL, SCP, Evea Conseil, LGCD, Mydiane, Nobatek, CPA/Adivalor, GPMM, AIVP.

Au niveau international

École de Technologie Supérieure de Montréal (Canada) ; Université de Tsinghua (Chine) ; Université d’Aveiro (Portugal), UAB Barcelone, IRTA, ICTA, Inedit (Espagne), Université de Girona (Espagne), Université de Lausanne (Suisse). Université Humphouët Boigny (Côte d’Ivoire), Université de Malaga (Espagne). Université de Linköping, Suède.