Dissémination des bactéries pathogènes fécales en milieu tropical à l'échelle des grands bassins versants // dissemination of fecal pathogenic bacteria in tropical environments on the large catchment scale

Topic description

Les diarrhées restent une préoccupation majeure dans les régions tropicales et sont le plus souvent causées par l'ingestion d'un agent infectieux, par exemple une bactérie pathogène fécale. L'occurrence des bactéries fécales et leur devenir dans l'environnement dépendent de facteurs biotiques et abiotiques tels que l'usage des terres, le type de sol, le climat, et l'hydrologie. Dans l'ensemble, peu d'études ont été conduites à ce jour pour évaluer le devenir et le transport des bactéries fécales en milieu tropical. Au Laos, peu d'études ont été menées sur les grandes rivières et la spatialisation à l'échelle du grand bassin versant reste nécessaire pour la généralisation des processus et la prévision du risque sanitaire, par exemple à l'échelle du pays. En Afrique de l'Ouest, les sources de pollution ponctuelles, qui ne sont pas toujours liées aux apports en matières en suspension, se sont révélées avoir un impact important, par exemple en milieu urbain. De plus, l'extrapolation des résultats au-delà des sites étudiés reste un défi, en raison de la grande variabilité des caractéristiques des eaux de surface et de leur environnement.
Cette proposition de thèse vise donc à mieux comprendre le transport et le devenir des bactéries fécales en milieu tropical et pour de grandes échelles spatiales, en utilisant des données collectées in situ et issues des capteurs satellites, combinées à une approche de modélisation. Les trois axes de recherche envisagés sont les suivants :
O1. Analyse de la variabilité spatiale et temporelle d'E. coli, et des relations avec la qualité de l'eau, en particulier la concentration en matières en suspension, et la réflectance de l'eau
O2. Evaluation de l'apport de la télédétection et des mesures in situ de la couleur de l'eau pour la cartographie de l'aléa sanitaire à l'échelle des bassins versants
O3. Modélisation et prédiction haute fréquence des concentrations en E. coli à large échelle spatiale
La méthodologie suggérée pour la mise en œuvre de cette thèse s'appuiera, d'une part, sur l'analyse statistique des relations entre données de suivi à long terme in situ des SNO M-TROPICS et AMMA-CATCH, et données de télédétection (Sentinel-2 et 3, Landsat-8 et 9), et d'autre part sur la modélisation numérique, par exemple SWAT+ (Bieger et al., ), pour décrire le devenir des bactéries fécales à l'échelle des grand bassins versants (Mékong, Niger ou Sénégal). Le modèle permettra de tester des scénarios et d'évaluer le risque sanitaire.
La thèse sera réalisée au laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET) avec des missions possibles au Laos et en Afrique de l'Ouest. L'équipe encadrante sera constituée de Laurie Boithias (PHAD CNAP, UT), Manuela Grippa (PHAD CNAP, UT), Olivier Ribolzi (DR, IRD), Alain Pierret (CR, IRD), Joana Roussillon (IR, IRD), en collaboration avec Elodie Robert (CR, CNRS) au LETG. La thèse s'intégrera dans les Services Nationaux d'Observation (SNO) M-TROPICS et AMMA-CATCH et bénéficiera des bases de données météorologiques, hydrologiques et de qualité de l'eau. Au Laos, elle bénéficiera également d'un partenariat en cours de montage avec la Mekong River Commission D'autres sources de financement sont envisagées : EC2CO, TOSCA. Une forte collaboration est attendue avec le laboratoire iEES Paris avec le DLAM au Laos, et avec des universités en Afrique de l'Ouest (UAM à Niamey et UASZ à Ziguinchor).
Nous recherchons une candidate ou un candidat motivé.e par la Recherche en Géosciences. Elle/Il doit détenir un diplôme de Master ou Ingénieur dans l'une des disciplines suivantes : sciences de l'environnement, hydrologie, et/ou hydrogéologie, et être à l'aise en programmation (traitement de données, télédétection, modèles hydrologiques). Il/Elle doit être à l'aise en Anglais, aussi bien à l'écrit qu'à l'oral.
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Diarrhea are still a major concern in tropical regions and are most often caused by the ingestion of an infectious agent, like fecal pathogenic bacteria. The occurrence of fecal bacteria and their fate in the environment depend on biotic and abiotic drivers such as land use, soil type, climate, and hydrology. In general, few studies were conducted so far to assess the fate and transport of fecal bacteria in tropical environments. In Laos, few studies were conducted on large rivers and the spatialization on the large catchment scale is still necessary to generalize processes and predict health risk, for example at national scale. In West Africa, pollution point-sources, that are not always related to the loads of suspended matter, have been shown to have an important impact, for example in urban areas. In addition, the extrapolation of the results beyond the studied sites remains a challenge, because of the large variability of the surface water characteristics and their environment.
This PhD thesis proposition aims at better understand the transport and the fate of the fecal bacteria in tropical environments and for large spatial scales, using data collected in situ and stemming from satellite sensors, combined to a modelling approach. The three research lines envisioned are the following:
O1. Analysis of the spatial and temporal variability of E. coli, and of the relationships with water quality, including suspended sediment concentration, and water reflectance
O2. Evaluation of the contribution of remote sensing and of in situ measurements of water color for the mapping of the health hazard on the catchment scale
O3. High frequency modeling and prediction of the E. coli concentration on large spatial scales
The methodology suggested to implement this thesis will be based, on one hand, on the statistical analysis of the relationship between long-term monitoring data from M-TROPICS and AMMA-CATCH CZOs, and remote sensing data (Sentinel-2 and 3, Landsat-8 and 9), and on the other hand, on numerical modeling, such as SWAT+ (Bieger et al., ), to describe the fate of fecal bacteria on large catchment scales (Mekong, Niger or Senegal). The model will allow testing scenarios and evaluate health risk.
The thesis will be performed at the Géosciences Environnement Toulouse (GET) laboratory with possible missions to Laos and West Africa. The supervising team will include Laurie Boithias (PHAD CNAP, UT), Manuela Grippa (PHAD CNAP, UT), Olivier Ribolzi (DR, IRD), Alain Pierret (CR, IRD), Joana Roussillon (IR, IRD), in collaboration with Elodie Robert (CR, CNRS) at LETG. The thesis will be part of the Critical Zone Observatories (CZO) M-TROPICS and AMMA-CATCH and will benefit from the meteorological, hydrological, and water quality databases. In Laos, the thesis will also benefit from a partnership currently being set up with the Mekong River Commission Other funding sources are envisioned: EC2CO, TOSCA. A strong collaboration is expected with the laboratories iEES Paris with DLAM in Laos, and with universities with West Africa (UAM in Niamey and UASZ in Ziguinchor).
We are looking for a candidate motivated by research in geosciences. She/he must have a Master or Engineer degree in one of the following disciplines: environmental sciences, hydrology, and/or hydrogeology, and feel comfortable with programing (data processing, remote sensing, hydrological models). He/she must feel comfortable with English language, both in writing and orally.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Concours pour un contrat doctoral