Thierry Winiarski

 

 
Bureau T122
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Ecole Nationale des Travaux Publics de l'État
Rue Maurice Audin
F- 69518 Vaulx-en-Velin Cedex
FRANCE

 

Fonction principale au LEHNA

Directeur de Recherche (DR2)  

Biographie

Depuis 1994 , année de l’obtention de ma thèse de doctorat en Analyse et Modélisation des Systèmes Biologiques de l’Université Lyon 1, j’ai poursuivi en post-doc à l’ENTPE. Depuis mon affectation au 1ier juin 1996 comme CR, j’ai poursuivi mes travaux dans le domaine de l’«hydrogéochimie des éléments traces en milieu non saturé ».

Mon parcours scientifique se situe dans le vaste domaine des sciences de l’Environnement, plus précisément dans le thème des transferts de polluant dans des matrices poreuses. Ma formation en géologie me permet d’avoir une bonne connaissance des formations du sol et du sous-sol et plus particulièrement des formations superficielles sur lesquelles les activités humaines ont un impact important. Ma formation en analyse et modélisation me permet d’utiliser des concepts et des outils de description et d’interprétation. Ces outils sont basés sur l’analyse de données, l’utilisation de modèles numériques et sur la conception et la mise au point de modèles physiques à diverses échelles, le tout basé sur une bonne connaissance de la physique des sols. Afin de qualifier et quantifier les divers mécanismes de transfert de polluant, j’ai été amené à utiliser plusieurs outils de chimie analytique (SAAF, Chromatographie ionique, …). Tout le long de mon parcours de chercheur et afin d’interpréter mes travaux, j‘ai utilisé de nombreux concepts de la chimie des interfaces solide-liquide.

 

Thème de recherche

En termes d’objets d’étude, ma carrière a débuté par l’étude du transfert de lixiviats de décharge à travers des matrices de faible perméabilité (mélange bentonite/sable), ce qui m’a amené à concevoir des expérimentations sur pilotes de dimension métrique. Puis mes recherches se sont dirigées vers le transfert des eaux pluviales dans les bassins d’infiltration. Dans ce cadre, je me suis particulièrement intéressé aux transferts des métaux dans la zone non saturée (ZNS). En collaboration plusieurs doctorants encadrés, j'ai décrit et interprété de nombreux mécanismes de rétention et de transport dans une matrice carbonatée de granulométrie hétérogène. Cette matrice est issue du dépôt fluvio-glaciaire quaternaire constituant la majeure partie de l’Est Lyonnais. Cette formation géologique est caractérisée par une forte variabilité granulométrique et stratigraphique. Ainsi, afin d’étudier les mécanismes fins d’écoulement et de rétention des métaux, des travaux ont été effectués en colonnes de laboratoire.

Depuis quatre ans, mes travaux s’orientent vers une approche de terrain de type hydrogéophysique de la ZNS à l’échelle des ouvrages. En effet, les résultats obtenus à l’échelle du laboratoire donnent de précieux renseignements sur les mécanismes hydrodynamiques dans une matrice à granulométrie hétérogène et sur les principales réactions géochimiques, mais ne sont toutefois pas suffisants pour répondre aux diverses questions liées aux ouvrages de types "bassins d’infiltration d’eaux pluviales" ou "tranchées drainantes" situés sur des formations géologiques que l’on trouve fréquemment dans les sous sols urbains. En effet, ces formations peuvent être exclusivement fluviatiles mais aussi fluvioglaciaire comme sur l’Est de la communauté urbaine de Lyon et sont caractérisées par leurs hétérogénéités à l’échelle des ouvrages (à titre indicatif ces formations alluviales représentent 22% de la superficie du bassin Rhône-Méditerranée-Corse, mais 75% de la population habite dessus !). Mon propos est de souligner l’importance de cette échelle qui me semble capitale pour la compréhension des réactions hydrogéochimiques liées aux eaux pluviales chargées en divers polluants (métaux lourds, hydrocarbures, produits phytosanitaires) s’infiltrant dans un milieu non saturée en eau que constitue les fonds de bassin d’infiltration.

Afin d’améliorer les connaissances sur les processus d’écoulements dans la zone non-saturée de dépôts sédimentaires hétérogènes, et dans le contexte particulier de l’infiltration des eaux pluviales urbaines, je me suis ensuite investi dans la caractérisation hydrogéophysique des sols. En effet, la zone non-saturée sous-jacente aux bassins d’infiltration est souvent constituée de dépôts alluvionnaires hétérogènes, qui jouent un rôle primordial dans les mécanismes de transfert de polluants. La compréhension de la façon dont ces hétérogénéités sédimentaires affecte les écoulements d’eau et les flux de polluants, est nécessaire dans une optique de préservation durable des sols et des ressources en eau souterraine.

Ce travail s’est focalisé sur l’étude du dépôt fluvioglaciaire de l’Est lyonnais, constituant la zone non-saturée d’un bassin d’infiltration étudié dans le cadre de l’Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine (OTHU) dans la région lyonnaise (bassin d’infiltration Django Reinhardt de Chassieu : DR). L’objectif de ce travail était tout d’abord de caractériser les hétérogénéités sédimentaires et hydrodynamiques de ce dépôt, aux échelles du lithofaciès et de l’élément architectural, afin de définir un modèle hydrostratigraphique représentatif traduisant l’hétérogénéité hydrodynamique en conditions non-saturées. La caractérisation des hétérogénéités a été réalisée par une approche hydrogéophysique c’est-à-dire en couplant une caractérisation de l’architecture sédimentaire, une investigation géophysique (radar géologique, tomographie électrique, sismique réfraction en collaboration avec le LRPC d’Autun et polytechnique Montréal dans le cadre du projet de coopération 2005-2007 de recherche scientifique et technologique de la 60iéme commission permanente de coopération franco québécoise), et une caractérisation des propriétés hydrodynamiques a l’échelle de l’hydrofaciés (en collaboration avec le LTHE de Grenoble et le LCPC de Nantes). La relation entre genèse et hétérogénéité des dépôts fluvioglaciaires met en avant l’importance de l’interprétation génétique dans la caractérisation structurale de ces dépôts sédimentaires. Cette interprétation génétique est ainsi facilitée par l’étude d’analogues de dépôt quaternaires, actuellement en formation dans des plaines d’épandage fluvioglaciaire (en collaboration avec l’université de Bourgogne). L’étude de deux plaines d’épandage fluvioglaciaire actuelles, à savoir celle du Glacier des Bossons dans le massif du Mont Blanc, et celle du Breidamerkurjokull en Islande (avec l’aide de l’Université de Reykjavík) , a permis déterminer des lithofaciés analogues a ceux de l’Est lyonnais sur la base des distributions granulométriques. De par l’accessibilité de ces lithofaciés, les plaines d’épandage actuelles constituent des zones privilégiées pour la caractérisation in situ des propriétés hydrodynamiques des lithofaciés fluvioglaciaires (utilisation de la méthode BEST).

L’obtention de blocs 3D a permis de caractériser l’architecture tridimensionnelle d’une parcelle du bassin d’infiltration DR. Un modèle stratigraphique correspondant a ainsi été défini, et validé par confrontation avec des données issues d’un puits expérimentale. Bien que ce modèle tende à sous-représenter l’hétérogénéité réelle des écoulements, leur modélisation avec Hydrus2D et Hydrus3D a montré le potentiel du modèle hydrostratigraphique a traduire une hétérogénéité des écoulements. Elle met notamment en évidence l’existence de chemins d’écoulement préférentiel. Une typologie d’écoulements préférentiels susceptibles de se produire dans la zone non saturée du bassin d’infiltration a ainsi été proposée.

En conclusion, l’approche hydrogéophysique s’est avérée adaptée à la caractérisation hydrostratigraphique du dépôt fluvioglaciaire. Cette approche permet la construction de modèles traduisant le comportement hydrodynamique en milieu non-sature, contribuant à la compréhension des mécanismes d’écoulements.

Enseignements

  • Professeur principal du cours « Ecole de terrain » (une semaine/an) au sein de la troisième année de la VA Pollution-Nuisance de l’ENTPE depuis 2006.
  • Cours de géologie de l’ingénieur aux agrégatifs de l’Ecole Normale Supérieur de Lyon-ENS Lyon,
  • Professeur principal du cours de géologie générale de 1ère année ENTPE,
  • Co-responsable avec J.P. Magnan du cours Analyse Géotechnique des Sites Urbains et Naturels de 2ème Année ENTPE.
  • Professeur à l’Université Quisquaya (Port au Prince, Haïti) : 30h tous les deux ans.
  • Intervention au sein du cours Modélisation des Systèmes Urbains en 2ème année ENTPE.
  • Enseignement dans le Master Recherche SEIU (Sciences de l’Environnement Industriel et Urbain). Ce master est co-habilité par l’Université Lyon1, l’Ecole des Mines de Saint Etienne, l’INSA de Lyon et L’ENTPE depuis 2004. Intervention dans plusieurs modules : (1) Approche systémique en milieu urbain, (2) Mécanismes et modélisation : principaux mécanismes hydrodynamiques en milieu poreux non saturée, principaux mécanismes aux interfaces solide-liquide, (3) Géosciences : constitution des roches et transformations (minéralogie, géochimie de base), géologie des formations superficielles comme support des activités industrielles et urbaines.

 

Publications (période 2009-2014)

Articles dans des revues à comité de lecture

2014 
 Gonzalez-Merchan, C., Perrodin, Y., Sébastian, C., Bazin, C., Winiarski, T., Barraud, S., 2014 - Ecotoxicological characterisation of sediments from stormwater retention basins. Water Science & Technology, 69(5) : 1045-1051.
 Perrodin, Y., Donguy, G., Emmanuel, E., Winiarski, T., 2014 - Health risk assessment linked to filling coastal quarries with treated dredged seaport sediments. Science of the Total Environment, 485–486 : 387–395.
 Predelus, D., Lassabatere, L., Coutinho, A.P., Louis, C., Brichat, T., Ben Slimene, E., Winiarski T., Angulo-Jaramillo, R., 2014 - Tracing water flow and colloidal particles transfer in an unsaturated soil. Journal of Water Ressources and Protection, 6 : 696-709.
 Simonneau, A., Chapron, E., Garçon, M., Winiarski, T., Graz, Y., Chauvel, C., Debret, M., Motelica-Heino, M., Desmet, M., Di Giovanni, C., 2014 - Tracking Holocene glacial and high-altitude alpine environments fluctuations from minerogenic and organic markers in proglacial lake sediments (Lake Blanc Huez, Western French Alps). Quaternary Science Reviews 89 : 27-43.

2013 
 Bedell, J-P., Mourier, B., Provot, J., Winiarski, T., 2013 -. Influences on the establishment and dominance of vegetation in stormwater infiltration basins. Water Science & Technology, 68(12) : 2576-2583.
 Bien, L.B., Predelus, D., Lassabatere, L., Winiarski, T., Angulo-Jaramillo, R., 2013 - Combined Effect of Infiltration, Capillary Barrier and Sloping Layered Soil on Flow and Solute Transfer in a Heterogeneous Lysimeter. Open Journal of Modern Hydrology, 3 : 138-153.
 Fifi, U., Winiarski, T., Emmanuel, E., 2013 - Assessing the Mobility of Lead, Copper and Cadmium in a Calcareous Soil of Port-au-Prince, Haiti. International Journal of Environmental Research and Public Health 10: 5830-5843.
 Goutaland, D., Winiarski, T., Lassabatere, L., Dubé, J.-S., Angulo-Jaramillo, A., 2013 - Sedimentary and hydraulic characterization of a heterogeneous glaciofluvial deposit: Application to the modeling of unsaturated flow. Engineering Geology, 166, 127-139.
 Winiarski, T., Lassabatere, L., Angulo-Jaramillo, R., Goutaland, D., 2013 - Characterization of the Heterogeneous Flow and Pollutant Transfer in the Unsaturated Zone in the Fluvio-glacial Deposit. Four Decades of Progress in Monitoring and Modeling of Processes in the Soil-Plant- Atmosphere System: Applications and Challenges. Procedia Environmental Sciences, 19, 955–964.

2012 
 Bièvre, G., Jongmans, D., Winiarski, T., Zumbo, V., 2012 - Application of geophysical measurements for assessing the role of fissures in water infiltration within a clay landslide (Trièves area, French Alps). Hydrological Processes, 26 : 2128-2142.
 Montade, V., Combourieu Nebout, N., Chapron, E., Mulsow, S., Abarzu, A.M., Debret, M., Foucher, A., Desmet, M., Winiarski, T., Kissel, C., 2012 - Regional vegetation and climate changes during the last 13 kyr from a marine pollen record in Seno Reloncaví, southern Chile. Review of Palaeobotany and Palynology, 181 : 11–21.
 Saint-Onge, G., Chapron, E., Mulsow, S., Salas, M., Viel, M., Debret, M., Foucher, A., Mulder, T., Winiarski, T., Desmet, M., Costa, P.J.M., Ghaleb, B., Jaouen, A., Locat, J., 2012 - Comparison of earthquake-triggered turbidites from the Saguenay (Eastern Canada) and Reloncavi (Chilean margin) Fjords: Implications for paleoseismicity and sedimentology. Sedimentary Geology 243-244 : 89–107.

2011 
 Debret, M., Sebag, D., Desmet, M., Balsam, W., Copard, Y., Mourier, B., Susperrigui, A. S., Arnaud, F., Bentaleb, I., Chapron, E., Lallier-Verges, E., Winiarski, T., 2011 - Spectrocolorimetric interpretation of sedimentary dynamics: The new "Q7/4 diagram". Earth-Science Reviews, 109(1-2) : 1-19.

2010 
 Lassabatère L., Spadini L., Rapsaet C., Février L., Delolme C., Galvez-Cloutier R. at T. Winiarski, 2010 - Modélisation du transfert de trois métaux Zn, Pb et Cd dans un dépôt fluvio-glaciaire carbonaté. Bulletin du Laboratoire des Ponts et Chaussées, N°276.
 Boudreault J.-P., Dubé J.-S, Chouteau M., Winiarski T. and Hardy E., 2010 - Geophysical characterization of urban fills. Engineering Geology, 116 (3-4), pp. 196-206.
 Fifi U., Winiarski T. and Emmanuel E., 2010 - Impact of urban rainwater on aquifers of Port-au-Prince, Haiti. Environment and Human Health : Risk management in Developing Countries. Editors : E.N. Laboy-Nieves, M.F.A. Goosen and E. Emmanuel. CRC Press, Taylor and Francis Group, ISBN : 978-0-415-60162-7, Chapter 9, pp 123-138
 Fifi U., Winiarski T. and Emmanuel E., 2010 - Equilibrium Sorption of Pb(II), Cd(II) and Cu(II) into Soil of Port-au-Prince: Single-element System Studies. Biodiversity Science for Humanity, Edit by Michael Theophanides and Theophile Theophanides, ISBN: 978-960-6672-41-5, pp 223-233.
 Lassabatere L., Angulo-Jaramillo R., Goutaland, D., Letellier, L., Gaudet, J. P., Winiarski, T, Delolme, C., 2010 - Effect of the settlement of sediments on water infiltration in two urban infiltration basins. Geoderma 156 (2010) 316–325.

2009 
 Fifi U., Winiarski T., Emmanuel E., 2009 - Sorption mechanisms studies of Pb (II), Cd (II) and Cu (II) into soil of Port-au Prince. Aqua-LAC, Vol. 1, N°2, pp 164-171. 

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