MUSE Volée 2016/2017. Propositions de Sujets de Travaux de Master (liste remise à jour régulièrement)

Transcription

1 MUSE Volée 2016/2017 Propositions de Sujets de Travaux de Master (liste remise à jour régulièrement) Les étudiants qui sont intéressés par un des sujets de cette liste sont invités à contacter directement le responsable du projet. Notes importantes pour les étudiants du MUSE : Vous avez également la possibilité de proposer et de formuler des sujets (en suivant le format de présentation habituel voir propositions ci jointes) après avoir trouvé un Enseignant MUSE qui accepte de vous encadrer. Vos propositions devront être approuvées par le comité de lecture et d évaluation des sujets de Master. (Stéphane Goyette, Nicolas Ray, Pauline Plagnat Cantoreggi et Serge Stoll). Contact : serge.stoll@unige.ch Il est important de noter que toute recherche de Master doit être dirigée ou co-encadrée par un enseignant (Professeur, Maître d Enseignement et de Recherche, Chargé de cours, Chargé d enseignement) appartenant au MUSE. A vos choix! Serge STOLL ( ) Veuillez noter que la date limite pour le choix de vos sujets est fixée au 1 er septembre 2017

2 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Étude de la sensibilité des profils thermiques du Léman en fonction des conditions atmosphériques de surface à l aide d un modèle colonne couplé lac-atmosphère 1- Problématique : Avec l accroissement de la résolution horizontale des modèles numériques de la prévision du temps et du climat, les grandes étendues d eau douce continentales peuvent maintenant être résolues à l intérieur d une maille computationnelle de surface. Par conséquent, il est indispensable de représenter les conditions thermiques de ces environnements dans le but de spécifier les conditions à la limite inférieure de l atmosphère. Les modèles lacustres actuellement opérationnels visent essentiellement à simuler l évolution de la température à la surface. Mais pour de nombreuses applications actuelles et futures, en plus de reproduire l évolution thermique à la surface la plus réaliste possible, l évolution des profils verticaux s avère nécessaire. Or, les modèles atmosphériques tridimensionnels sont complexes, difficiles à manipuler et exigent de nombreuses ressources techniques et humaines. Afin d étudier l évolution des profils thermiques d un lac, un modèle colonne lacatmosphère constitue un outil utile et avantageux en raison du faible coût computationnel, du peu d espace mémoire requis pour réaliser les simulations, de l espace réduit sur disque pour l archivage des résultats et de la relative simplicité d utilisation comparativement aux modèles tridimensionnels. Plus efficaces du point de vue des calculs que les premiers, les modèles numériques de type «colonne» permettent de réaliser un grand nombre de simulations en un minimum de temps. Le modèle atmosphérique colonne peut aussi être piloté par des réanalyses météorologiques, ce qui le rend susceptible d être appliqué à des études de cas spécifiques. De plus, ces modèles peuvent représenter les rétroactions verticales entre l atmosphère et le lac. Toutefois, une stratégie de couplage entre l atmosphère et le lac est indispensable et demande que certaines paramétrisations soient optimisées au niveau du coupleur en particulier, donc du module qui permet de mettre les deux milieux (air et eau) en communication. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif de ce travail de master consiste à utiliser le modèle colonne couplé lac-atmosphère (FIZC/k-ε) afin de réaliser plusieurs simulations numériques différentes dans le but d étudier la sensibilité des profils de températures du Lac Léman lors de cas spécifiques (stratification, brassage) faisant suite à une variation des paramètres du coupleur entre l air et l eau. Les

3 profils thermiques observés dans le lac sont ceux de la station SHL2 ( À l issu de ce travail, les résultats obtenus feront l objet d une publication soumise dans une revue internationale avec comité de lecture. 3- Déroulement : Le travail comprendra une phase préliminaire de familiarisation avec la littérature récente à propos des modèles météorologiques, climatiques et lacustres afin d en reconnaitre les caractéristiques, les modules et schémas numériques principaux ainsi que la représentation des processus de surface en fonction de la résolution horizontale. Une seconde étape sera d apprivoiser le modèle colonne couplé FIZC/k-e tournant sur une de nos plates-formes LINUX en plus des outils diagnostiques. Ensuite, des simulations numériques seront menées et analysées. Ces simulations prendront en considération les différentes valeurs des paramètres utilisés dans les processus susceptibles d avoir un impact sur l évolution des profils thermiques du Léman. Elles seront ensuite comparées aux observations réalisées à la station SHL2. Cette recherche bénéficiera de l expertise de deux superviseurs, l un d eux pour les questions liées à l atmosphère et l autre pour celles en relation avec le lac. Ce sujet nécessite un engagement et un intérêt certain pour la simulation et l analyse de données numériques. 4- Interdisciplinarité : Ce travail intègre une interdisciplinarité moyenne nécessitant une mise en commun des connaissances en physique de l atmosphère, en limnologie, ainsi qu en informatique (LINUX, Windows, Matlab, etc). 5- Formation requise : Il est préférable que le candidat ait suivi un cursus en sciences ainsi que certains cours en lien avec le thème du climat ou qu il possède une formation antérieure pendant laquelle certaines notions de base en climatologie/météorologie/limnologie/informatique ont été acquises. 6- Références Initiales : Goyette, S. and M. Perroud, 2012 : Interfacing a one-dimensional lake model with a single-column atmospheric model: Application to the deep Lake Geneva, Switzerland. Water Resour. Res., 48, W04507, doi: /2011wr Perroud, M., S. Goyette, A. Martynov, M. Beniston, O. Anneville, 2009: Simulation of multi-annual thermal profiles in deep Lake Geneva: a one-dimensional lake-model intercomparison study. Limnol. Oceanogr., 55(9), Lieu de travail et encadrement : ISE, route de Drize 7, Carouge, Drs Stéphane Goyette et Marjorie Perroud du groupe climat, C3i. Roman Kanala assurera la gestion des questions d ordre informatique.

4 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Réchauffement climatique en Suisse et facture énergétique : analyse de la variation des coûts liés au chauffage et à la climatisation domestiques de quelques villes en Suisse 1- Problématique : Le changement climatique planétaire comporte des impacts régionaux positifs et négatifs. Les changements climatiques déjà observables de nos jours en Suisse devraient, selon les modèles actuels, s accélérer dans les années à venir (MétéoSuisse, 2013). Pour quantifier le changement climatique passé, on utilise les données des stations de mesures à long terme de Météo- Suisse. Concernant les changements climatiques futurs, différents scénarios d émission de gaz à effet de serre sont employés par des modèles numériques du climat. Actuellement, le Plateau central compte en moyenne 20 à 40 jours d été. Sur le Plateau suisse, le nombre moyen de jours d été passera de 40 à environ 80 d ici Dans les zones les plus basses du Plateau central, on dénombre actuellement environ 80 jours de gel, le long des Préalpes environ 120 jours. À l ouest du Plateau et au Tessin, le nombre de jours de gel diminuera à moins de 50 jours par année d ici Cela correspond à une diminution d à peu près un mois. Conséquences pour la société et l économie : les jours de chauffage diminuent dans toute la Suisse mais les jours de climatisation ont tendance à augmenter (OFEV, 2007). Les acteurs importants du secteur du bâtiment connaissent et utilisent des méthodes de construction permettant d assurer un climat intérieur sain sans consommer beaucoup d énergie. Une isolation adéquate permet de conserver la chaleur à l intérieur durant l hiver mais aussi de conserver l air frais durant les périodes chaudes. Par conséquent, la question qui se pose est la suivante: est-ce que le réchauffement climatique en Suisse nous permettra de faire des économies d énergie, et de ce fait diminuer la facture énergétique? 2- Objectifs du travail de Master : L objectif du travail aborde la question climatique et des effets pour la consommation d énergie dans des bâtiments. Le travail vise dans un premier temps à analyser les séries temporelles des observations actuelles des températures et d humidité mesurées à quelques stations en Suisse et de déterminer le nombre de jours (heures) pour lesquels le chauffage domestique et la climatisation doivent être activés. Les principales variables utilisées sont les températures maximales et minimales, et l humidité atmosphérique. Nous proposons aussi une approche exploratoire de l indice «Humidex» 1, qui est une mesure utilisée pour intégrer les effets combinés de la chaleur et de l humidité, utile surtout comme mesure d inconfort lors des journées chaudes. Dans un deuxième temps, et en fonction de quelque seuils de température, évaluer la consommation d énergie et les coûts associés à la diminution probable du nombre de jours de chauffage et celui associés à l augmentation du nombre de jours pendant lequel la climatisation est activé afin de comparer ces résultats avec des données actuelles. Ensuite, effectuer une analyse similaire pour le futur, soit vers la fin du XXI e siècle, en utilisant des données simulées nous permettant d évaluer les changements attendus au XXI e siècle. Une analyse comparative des coûts énergétiques pour le milieu et la fin du XXI e siècle constitue un des objectifs de ce travail de Master. 3- Déroulement :Le travail comprendra une phase préliminaire de familiarisation avec la littérature récente à propos du régime climatique actuel en Suisse, de celui projeté durant le XXI e siècle afin d en reconnaître les caractéristiques spécifiques de température et d humidité, et également de faire une revue bibliographique des pratiques usuelles de construction, et du coût de l énergie par secteur de production. Les séries temporelles des 1

5 variables météorologiques horaires et journalières observées en un bon nombre de stations en Suisse sont accessibles auprès de MétéoSuisse 2. Les données simulées à l aide d un modèle régional de climat pour les périodes actuelles et futures sont disponibles sur le site du projet PRUDENCE. Le déroulement implique une phase technique de téléchargement des variables suffisantes et de structuration d une base de données facilitant l analyse et l atteinte des objectifs tels que fixés pour ce travail de Master. Ensuite, s en suivra une phase de développement d outils et d analyses statistiques à l aide d un logiciel permettant de caractériser et de catégoriser le mieux possible les climats actuels et futurs des régions en Suisses (Excel, R, Matlab, etc). Les deux périodes simulées durant le projet PRUDENCE seront nécessaires pour réaliser ce travail: celle de référence et celle caractérisant la période future , ce qui permettra une estimation des changements vers Le découpage temporel prévoit au minimum les calculs de changements saisonniers (hiver et été). Afin d analyser la consommation d énergie pour le chauffage il est prévu de developper une analyse de régression multiple, décrivant la relation entre les besoins horaires de gas naturel à Genève dans les années passées et les conditions climatiques horaires. En appliquant ces relations aux les conditions climatiques prévues il est possible d estimer la demande de chaleur au cas que la technologie de chauffage et le niveau d isolation des bâtiments ne change pas (frozen technology scenario). Basé sur des hypothèses concernant le changement graduel de la performance énergétique des bâtiments la consommation d énergie et les coûts seront estimés pour plusieurs technologies et scénarios (voir par exemple Jylhä et al 2015). Une analyse analogue est prévue pour la climatisation, même s il est difficile de dériver de manière similaire les besoins en fonction de la température extérieure. De plus, il est prévu d évaluer le facteur de performance saisonnier (FPS ; coefficient of performance, COP) de deux ou trois différents types de pompes à chaleur en fonction du changement climatiques dans les décennies à venir. 4- Interdisciplinarité :Ce sujet nécessite un intérêt certain pour l analyse de données numériques. Ce travail ne comporte pas une interdisciplinarité «forte» stricto sensu, mais nécessite des apports conjoints de la physique du temps et du climat (climatologie), des mathématiques (statistiques), de l informatique et de l énergétique du bâtiment. 5- Formation requise (optionnel) : spécialisation climat et/ou celle de l énergie 6- Références Initiales (optionnel) :Jylhä K., Jokisalo J., Ruosteenoja K., Pilli-Sihvola K., Kalamees T., Seitola T., Mäkelä H., Hyvönen R., M. Laapas, A. Drebs, 2015 : Energy demand for the heating and cooling of residential houses in Finland in a changing climate, Energy and Buildings (2015), MétéoSuisse, 2013, «Scénarios climatiques Suisse un aperçu régional», rapport technique n 243 MétéoSuisse, 36 pages. North N., Kljun N., Kasser F., Heldstab J., Maibach M., Reutimann J., Guyer M : Changements climatiques en Suisse Indicateurs des causes, des effets et des mesures. État de l environnement n Office fédéral de l environnement, Berne. 77 p. OFEV, 2014 : Adaptation aux changements climatiques en Suisse - Plan d action pp. 7- Lieu de travail et encadrement : C3i, ISE, UNI Carl Vogt, Dr. Stéphane Goyette, MER. stephane.goyette@unige.ch, Tel +41 (0) ; Prof. Martin Patel, martin.patel@unige.ch, Tel : ; Dr. David Parra, David.Parra@unige.ch, Tel

6 N : Titre : Impacts du changement climatique sur le déplacement géographique des zones climatiques en Europe 1- Contexte : Le continent Européen, comme toutes les autres régions du globe, présente de fortes disparités climatiques sur son territoire, allant de zones sèches et chaudes au Sud-ouest, jusqu à des zones froides et humides au Nord-est, en passant par une multitude de différents types de climat entre ces deux extrêmes. Or, dans un contexte de changements climatiques, des zones climatiques distinctes sont amenées à évoluer et à se déplacer géographiquement. En effet, les changements climatiques vont irrémédiablement entrainer des modifications sans précédent au sein des différentes variables climatiques, comme par exemple une hausse des températures et une modification des régimes de précipitation, à l échelle mondiale tout comme à l échelle Européenne. Ainsi, le climat de certaines régions alpines en Suisse pourrait potentiellement ressembler à celui de la Haute Provence actuelle. Ces modifications rapides vont donc considérablement transformer la répartition géographique des différentes zones climatiques Européenne au cours du 21 ème siècle, mais de quelle façon? 2- Objectif : L objectif principal de ce sujet de mémoire est tout d abord d identifier et de classifier les différentes zones climatiques Européennes, puis ensuite d analyser les caractéristiques du déplacement géographique en termes de vitesse et de direction de ces zones climatiques en Europe, en fonction de plusieurs scénarios de changements climatiques prévus au cours du 21 ème siècle. Chaque classification climatique pourra répondre à des attentes différentes selon les objectifs visés. Par exemple, une classification basée sur les températures et l ensoleillement pourrait permettre un choix efficace pour une installation de chauffage ; une autre basée sur les températures et les précipitations pourrait permettre un choix de culture céréalière approprié. La description des différents types de climat permet également de simplifier l information disponible, et de la diffuser dans une forme compréhensible. Selon le profil de l étudiant(e), il/elle sera amené(e) par la suite à explorer les applications possibles de ces résultats dans divers secteurs et disciplines de recherche (agro-écologie, biologie, sciences sociales, etc). 3- Déroulement : Dans un premier temps, l étudiant(e) sera amené(e) à se familiariser avec la littérature existante dans le domaine des classifications des zones climatiques mondiales réalisées à partir des observations. Une attention particulière sera portée sur les principales variables retenues pour fonder ces classifications. Ensuite, il/elle identifiera et comparera les régions climatiques Européennes basées sur des jeux de variables simulées par un ou plusieurs modèles climatiques régionaux (MRC) avec les classifications traditionnelles basées sur les observations. Les MRC retenus ont participé au projet PRUDENCE ( Les classifications seront réalisées en utilisant des méthodes statistiques basées

7 sur l identification de clusters et de barycentres. En particulier, cette étape vise à utiliser plusieurs méthodes de classification afin de ne pas restreindre les différentes applications qui en découleront. Une fois cette classification du climat contemporain effectuée, l étudiant(e) sera amené(e) à transposer ces classifications à des projections climatiques réalisées avec ces même MRC mais pour différents scénarios d émission de gaz à effet de serre. L analyse comparative des distributions actuelles ( ) et futures ( ) des zones climatiques Européennes permettra ensuite de déterminer les principales caractéristiques de déplacement des barycentres de ces zones climatiques. Enfin, l étudiant(e) devra évaluer les incertitudes liées à une telle approche statistique. Pour finir, selon son profil, l étudiant(e) pourra explorer les possibles utilisations de ces résultats dans divers domaines liés au climat. Idéalement, ce travail fera par la suite l objet de la rédaction et publication d un article dans une revue scientifique internationale. 4- Interdisciplinarité : La première partie de ce travail de Master est moyennement interdisciplinaire puisqu il demande des compétences en climatologie, informatique environnementales, modélisation et statistique. En revanche, les applications pourraient être hautement interdisciplinaires si l étudiant(e) explore les utilisations potentielles de ces résultats dans divers secteurs connexes, comme l agro-écologie, la biologie, etc. 5- Formation requise : Ce sujet sera attribué de préférence à un(e) étudiant(e) ayant suivi la filière Climat, Impacts et Gouvernance. Ce sujet conviendra cependant aussi aux étudiant(e)s provenant d autres spécialisations, mais ayant un fort intérêt pour la climatologie, les statistiques et la modélisation ainsi que par les applications potentielles qui en découleront. 6- Références : Jylhä, K. et al., 2010: Observed and projected future shifts of climatic zones in Europe and their use to visualize climate change information. Weather, Climate and Society, DOI: Kottek, M. et al., 2006: World Map of the Köppen-Geiger climate classification updated. Meteorol. Z., 15, Rohat, G., Goyette, S. and Flacke, J., 2016: Twin climate cities an exploratory study of their potential use for awareness-raising and urban adaptation. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, DOI: /s x 7- Lieu de travail et encadrement : Ce travail sera encadré par Dr. Stéphane Goyette (ISE, Groupe climat, stephane.goyette@unige.ch) ainsi que par Guillaume Rohat (doctorant, ISE, guillaume.rohat@unige.ch), qui a réalisé auparavant son travail de Master sur une thématique similaire.

8 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Cartographier les revendications territoriales dans le contexte de l expansion des industries extractives en RDC 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. L'investissement dans l'exploitation minière, pétrolière et gazière --les industries extractives-- a augmenté de manière significative au cours de ces dernières décennies, stimulé par une croissance particulièrement rapide dans les pays concernés. Bien souvent les espaces ciblés pour l extraction des ressources naturelles sont déjà occupés, utilisés, revendiqués et régis par d'autres groupes sociaux. Il peut s agir d espaces agricoles, de sources d eau pour les communautés et les villes, d espaces protégés ou de zones indigènes. Certaines de ces revendications trouvent leur fondement dans le droit tandis que d'autres sont fondées sur la coutume. Certains d entre elles sont bien réelles (zones agricoles en cours d exploitation) tandis que d'autres peuvent le devenir dans le futur (zones à potentiel agricole). Si certaines revendications sont le fait d'acteurs puissants (par exemple, les systèmes nationaux d'aires protégées) ce n est pas toujours le cas (par ex. populations locales). Alors que cette compétition pour l'espace et les ressources pourrait conduire à la coexistence voire une complémentarité entre les différentes formes d'utilisation des terres, dans de nombreux cas elle a engendré des conflits. Le travail proposé constitue une approche relativement nouvelle dans la compréhension de ces processus, dans le sens où il vise à utiliser les outils de visualisation, de représentation cartographique et d'analyse spatiale pour explorer les relations potentielles entre les différents types d'utilisation des terres. Les résultats de ce travail doivent permettre de discuter la relative force de gouvernance des différents acteurs vis-à-vis de l expansion de l industrie extractive en RDC. Ce travaille s'inspirera d'une méthodologie similaire appliquée au Pérou et au Ghana (Cuba, et al. 2014). 2- Objectifs du travail de Master : Les objectifs de ce travail de master sont les suivants : Conduire à l échelle d un pays (par ex. R.D. Congo) une analyse de superposition entre : les concessions minières d une part ; différentes couches d information d autre part : par ex. étendues agricoles, étendue des zones indigènes, bassins versants, aires protégées, sites du patrimoine mondial, zones Ramsar. Développer et mettre en œuvre un modèle utilisant les systèmes d information géographiques (SIG) pour produire des cartes et des statistiques. Produire des cartes de séries temporelles si les données s y prêtent.

9 Analyser la relative force de gouvernance de chaque secteur (agricole, indigène, etc.) vis-à-vis de l expansion de l industrie extractive. Analyser le potentiel de réplicabilité du modèle, par ex. au secteur pétrolier, à d autres pays. 3- Déroulement : Le travail devrait se dérouler comme suit : Recherche bibliographique (Sept. - Nov. 2017) Formulation des questions de recherche et définition de la méthodologie d analyse (Nov Jan. 2018) Certificat de Géomatique (Jan ) Recherche des données pouvant supporter l analyse (Jan. 2018) Mise en place du plan d analyse (Jan. - Mars 2018) Production des cartes et statistiques (Jan. - Juin 2018) Analyse comparative des résultats dans les différents secteurs (Avr. - Juin. 2018) Rédaction du mémoire (Juil. - Sept. 2018) Souhaitable : ce travail peut faire l objet d une publication scientifique, et le document du travail de Master peut être envisagé sous cette forme. 4- Interdisciplinarité : Intégration possible de ce travail dans un projet d envergure : MAP-X ( Mapping and Assessing the Performance of Extractive Industries ). Ce projet, mené par l'unige et l'unep, est en cours de pilotage sur la République Démocratique du Congo (sous mandat de la Banque Mondiale) et en Afghanistan, et est supporté par une plateforme globale de données spatiales. Des cas d étude sont également en cours de développement au Nigéria et en en Colombie. Ce travail n est pas interdisciplinaire au sens strict du terme mais requiert un intérêt pour l analyse de données spatiales ainsi que des connaissances en sciences de la terre, sciences de l eau et gouvernance. Il y a une forte composante en technologies de l information et systèmes d information géographiques. 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est recommandée. Capacités à travailler de manière autonome et à s auto-former seront appréciées. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Plateforme de données spatiales MAP-X pour le secteur extractif : Ray N, Lacroix P, Giuliani G, Upla P, Rajabifard A & D Jensen Open Spatial Data Infrastructures for the Sustainable Development of the Extractives Sector: Promises and Challenges. Ed. Coleman D, Rajabifard A, Crompvoets J. In: "Spatial Enablement in a Smart World". GSDI Association press, [link to book chapter]

10 Cuba, N., Bebbington, A., Rogan, J., & Millones, M. (2014). Extractive industries, livelihoods and natural resource competition: Mapping overlapping claims in Peru and Ghana. Applied Geography, 54, Apes Conservation and Welfare Status Report: Spatial Overlap between Mining Operations and Ape Occurrence. WCMC report, December 2012 Hilson, G. (2002). An overview of land use conflicts in mining communities. Land Use Policy, 19, 65:73 IUCN, & UNEP. (2013). The world database on protected areas (WDPA). Cambridge, UK: UNEP-WCMC Lieu de travail et encadrement : Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Dr. Pierre Lacroix (pierre.lacroix@unige.ch) Dr. Nicolas Ray (nicolas.ray@unige.ch)

11 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE: PV+battery systems for the third sector. Sectoral analysis and case study in Geneva. 1- Problématique: Renewable energy technologies generate energy as a function of weather conditions therefore generation profiles cannot be controlled according to demand variations. Energy storage is a promising technological option to increase the value of renewable energy generation. This study focuses on PV-coupled battery systems for the third sector (e.g., schools and hotels) in Geneva 2- Objectifs du travail de Master: The student firstly compares different type of buildings within the third sector according to techno-economic criteria such as roof available area, energy consumption, number of opening days per week and year, economic importance in Geneva, etc. This is achieved by using GIS data in Geneva and linking it with NOGA code. This comparison is based on both quantitative and qualitative terms. Then, the student focuses on one of the most relevant activities (e.g., schools or hotels) and analyse the technoeconomic and environmental performance of PV-coupled battery systems. 3- Déroulement: The student performs a literature review of PV-coupled battery systems used for the third sector. Secondly, the student compares different sub-sectors according to techno-economic criteria. A sub-sector is selected and the student analyse the technoeconomic and environmental behaviour of PV-coupled battery systems using simulation and/or optimisation. The student uses and extends models PV, battery and heat pump models already implemented in Excel and Matlab respectively. Monitored electricity demand would be provided by the supervisors or alternatively specific guidance to model it. The student applies optimisation and sensitivity analysis techniques. 4- Interdisciplinarité: Energy, technology, economics, environment 5- Formation requise (optionnel): a) energy background or strong interest in energy is essential; b) knowledge of GIS and databases as well as programming skills (e.g., R Matlab and/or R) are desirable; b) ability to communicate and write in English is an advantage; and d) ability to work according to short-term objectives and collaborate with others is essential.cliquez ici pour taper du texte. 6- Références Initiales (optionnel): Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Guidance by Alejandro Pena (Alejandro.Pena@unige.ch), David Parra (David.Parra@unige.ch) and Daniel Cabrera (Daniel.Cabrera@unige.ch), Institut des Sciences de l environnement and Forel Institute, Uni Carl Vogt.

12 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Surveillance de l environnement en Suisse par télédétection : une approche par le Swiss Data Cube (SDC) 1- Problématique : La pression sur les ressources naturelles de la Suisse augmente et un certain nombre de défis (par exemple, la pression sur l'eau de surface, la gestion des terres, la perte de biodiversité) doivent être surmontés afin de répondre aux besoins d'une population en croissance dans une période de variabilité environnementale. Certains de ces problèmes environnementaux importants peuvent être surveillés en utilisant des observations de la Terre et bénéficient de différentes archives de données satellitaires (par ex. Landsat, Sentinel, MODIS). Le Swiss Data Cube (SDC) est une nouvelle approche collaborative pour stocker, organiser et analyser les vastes quantités d'images satellites et d'autres observations terrestres, ce qui facilite l analyse de données et la génération d'information sur les problèmes qui peuvent affecter notre pays. Le SDC est actuellement en cours de développement par l UNEP/GRID-Genève et l Université de Genève dans le but d avoir un accès harmonisé et efficace aux données satellitaires recouvrant la Suisse sur une durée de ans Le concept de Data Cube est une série de structures et d'outils qui calibrent et standardisent les ensembles de données, permettant l'application de séries chronologiques et le développement rapide de produits d'information quantitatifs tels que «Water Observations from Space» (WOfS). WOfS est un service présentant des observations historiques sur l'eau de surface issues de l'imagerie satellitaire pour l'ensemble de l'australie de 1987 à aujourd'hui. L'objectif de WOfS est de permettre une meilleure compréhension de la localisation et répartition de surfaces d eau sur tout le pays permettant d identifier les surfaces d eau permanentes, les zones inondées, etc Ce genre de produit est particulièrement utile pour les décisionnaires afin de prendre des décisions sur la base d évidences scientifiques. Le but de ce travail de master serait d identifier un thème d étude utile à l Office Fédéral de l Environnement (par ex. urbain, forêt, eau, ) et de développer une méthodologie innovante pour permettre le suivi temporel de l évolution de l environnement en Suisse. 2- Objectifs du travail de Master : Les objectifs de ce travail de master sont les suivants : 1. Développer une méthodologie innovante pour assurer le suivi temporel de l évolution de l environnement (par ex. urbain, eau, forêt) en Suisse en utilisant des données satellitaires (Landsat, Sentinel) stockées dans le Swiss Data Cube ( 2. Evaluer/Identifier l état de l art et les différents outils géomatique utiles

13 3. Appliquer cette méthodologie à l ensemble de la Suisse dans le but (à terme) de générer un produit qui pourra être mis (automatiquement) à jour de manière annuelle. 3- Déroulement :Le travail devrait se dérouler comme suit : 1. Définition d un thème d étude (urbain, forêt, eau) pouvant bénéficié des données du Swiss Data Cube. Le thème sélectionné devra être idéalement en lien avec les besoins de l Office Fédéral de l Envrionnement. 2. Recherche bibliographique 3. Définition du plan de recherche et de la méthodologie d analyse 4. Développement et implémentation de la méthodologie d analyse 5. Analyse des résultats 6. Rédaction du mémoire 7. A discuter : rédaction d une publication scientifique 4- Interdisciplinarité : Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «moyen» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Eau, Ecosystème, Géographie Télédétection, Systèmes d Information Géographiques 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Lewis, A., L. Lymburner, M. B. J. Purss, B. Brooke, B. Evans, A. Ip, A. G. Dekker, J. R. Irons, S. Minchin, N. Mueller, S. Oliver, D. Roberts, B. Ryan, M. Thankappana, R. Woodcock and L. Wyborn (2016). "Rapid, high-resolution detection of environmental change over continental scales from satellite data - the Earth Observation Data Cube." International Journal of Digital Earth 9(1): Lewis, A., Oliver, S., Lymburner, L., Evans, B., Wyborn, L., Mueller, N., Wang, L.-W. (n.d.). The Australian Geoscience Data Cube Foundations and lessons learned. Remote Sensing of Environment. Mueller, N., Lewis, A., Roberts, D., Ring, S., Melrose, R., Sixsmith, J., Ip, A. (2016). Water observations from space: Mapping surface water from 25 years of Landsat imagery across Australia. Remote Sensing of Environment, 174, Lieu de travail et encadrement : Ce travail de master s effectuera au sein de l UNEP/GRID- Genève ( et sera encadré par : Dr. Gregory Giuliani (gregory.giuliani@unige.ch) Prof. Pascal Peduzzi (pascal.peduzzi@unepgrid.ch) Un membre du groupe EnviroSPACE (Prof. Anthony Lehmann) être impliqué pour les questions liées aux aspects Eau/Ecosystèmes.

14 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Evolution de la couverture du sol et de la cartographie des habitats en Suisse 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. Etrangement, la Suisse qui brille généralement par la qualité de ces données géographiques ne dispose pas vraiment d une bonne carte d utilisation et de couverture du sol. En effet, nous avons soit la carte de la statistique de la superficie de l Office fédéral de la statistique 3 limitée en résolution spatiale (100m), et celle de l Office fédéral de topographique, TLM3D 4 limitée en nombre de classes. L Université de Genève et plus particulièrement le GRID ont une grande expérience dans la cartographie à haute résolution en mode objet de l utilisation du sol car ils ont réalisé celle du Canton de Genève 5. Une carte d utilisation du sol à 25m de la Suisse serait une grande amélioration par rapport à l existant et serait centrale à de multiples applications (par ex. cartes des habitats naturels, distribution des espèces animales, hydrologie). Un premier essai avait déjà été réalisé il y a quelques années qu il s agit maintenant de mettre à jour et d améliorer (voir figure à droite). Pour supporter ce travail, le Swiss Data Cube (SDC) pourra être utilisé afin d accéder aux données Landsat de la Suisse. En effet l UNEP/GRID-Genève en collaboration avec l Université de Genève sont en train de développer le SDC dans le but d avoir un accès harmonisé et efficace aux données satellitaires recouvrant la Suisse sur une durée de ans. De plus, le SDC offre un environnement d analyse de données qui devrait permettre de surveiller l environnement en Suisse dans l espace et dans le temps. 2- Objectifs du travail de Master : Les objectifs de ce travail de master sont les suivants : 4. Développer une méthodologie innovante pour assurer le suivi temporel de l évolution de la couverture du sol et des habitats en Suisse en utilisant des données statistiques (GEOSTAT), topographique (Swisstopo) et satellitaires (Landsat, Sentinel) stockées dans le Swiss Data Cube ( 5. Evaluer/Identifier l état de l art et les différents outils géomatiques utiles 6. Appliquer cette méthodologie à l ensemble de la Suisse dans le but (à terme) de générer un produit qui pourra être mis (automatiquement) à jour de manière annuelle

15 3- Déroulement :Le travail devrait se dérouler comme suit : 8. Recherche bibliographique 9. Définition du plan de recherche et de la méthodologie d analyse 10. Développement et implémentation de la méthodologie d analyse 11. Analyse des résultats 12. Rédaction du mémoire 13. A discuter : rédaction d une publication scientifique 4- Interdisciplinarité : Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «moyen» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Géographie, Ecosystèmes Télédétection, Systèmes d Information Géographiques 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Lewis, A., L. Lymburner, M. B. J. Purss, B. Brooke, B. Evans, A. Ip, A. G. Dekker, J. R. Irons, S. Minchin, N. Mueller, S. Oliver, D. Roberts, B. Ryan, M. Thankappana, R. Woodcock and L. Wyborn (2016). "Rapid, high-resolution detection of environmental change over continental scales from satellite data - the Earth Observation Data Cube." International Journal of Digital Earth 9(1): Lewis, A., Oliver, S., Lymburner, L., Evans, B., Wyborn, L., Mueller, N., Wang, L.-W. (n.d.). The Australian Geoscience Data Cube Foundations and lessons learned. Remote Sensing of Environment. Mueller, N., Lewis, A., Roberts, D., Ring, S., Melrose, R., Sixsmith, J., Ip, A. (2016). Water observations from space: Mapping surface water from 25 years of Landsat imagery across Australia. Remote Sensing of Environment, 174, Gomez C., White J.C., Wulder M.A. (2016) Optical remotely sensed time series data for land cover classification: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 116, Lieu de travail et encadrement : Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Dr. Gregory Giuliani (gregory.giuliani@unige.ch) Prof. Anthony Lehmann (anthony.lehmann@unige.ch) Un membre de l UNEP/GRID-Genève (Prof. Pascal Peduzzi ou collègue) pourra être impliqué pour les questions liées à la télédétection.

16 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : L impact et l efficacité de l évaluation d impact sur la santé (EIS) dans l espace francophone 1- Problématique : L utilisation de l outil EIS est en forte progression partout à travers le monde. Cet essor induit une mobilisation de ressources humaines et financières au niveau des collectivités publiques en particulier et cela soulève des demandes visant à démontrer son efficacité. Les bases d une telle évaluation ont été posées au niveau européen dans les années 2000, à une période où l EIS venait à peine de débuter (Suisse) ou n existait pratiquement pas (France) dans les pays francophones pris en compte par les recherches (Wismar et al. 2007). Récemment, le cadre conceptuel d analyse de l efficacité et de l impact de l EIS a été considérablement enrichi (Harris-Roxas et Harris, 2013) de même que la pratique de l EIS est aujourd hui consolidée (Suisse) ou en pleine progression (France). Dans ce contexte et compte tenu de la situation tendue que connaissent les finances publiques des deux pays, un éclairage sur l efficacité de cet outil dans la mise en place de politiques publiques favorables à la santé serait très utile pour apprécier son potentiel de développement. 2- Objectifs du travail de Master : 1- Analyser l impact et l efficacité de l EIS en Suisse et en France, en utilisant les cadres conceptuels les plus récents; 2- Apprécier les forces et les faiblesses de ces cadres conceptuels par rapport aux contextes politico-administratifs des deux pays ; 3-Déterminer l influence des contextes politico-administratif et socio-culturels spécifiques à chaque pays sur l efficacité et l impact de l EIS. 3- Déroulement :Cette recherche sera organisée en trois grandes étapes. La première étape consistera en une analyse approfondie de l efficacité et l impact de l EIS dans les deux pays, à travers six études de cas (3 par pays). Cette analyse va s appuyer sur les rapports produits dans le cadre de ces EIS et sera complétée par des entretiens semi-directifs avec les acteurs pertinents ayant participé à ces processus EIS. La deuxième étape mettra en perspective les résultats obtenus à l étape 1 avec les données similaires disponibles dans la littérature et relatives à d autres pays et/ou à des méta-analyses existantes. La troisième étape développera une analyse comparative entre les résultats obtenus en France et en Suisse en s appuyant sur la littérature ayant étudié les articulations entre le niveau d efficacité dans la mise en œuvre des recommandations issues des évaluations de politiques publiques et l organisation politico-administrative du pays concerné. 4- Interdisciplinarité :Cette recherche va mobiliser des savoirs ayant trait à la santé (promotion de la santé, politiques multisectorielles) et aux sciences politiques (processus décisionnels, évaluation des politiques publiques). 5- Formation requise (optionnel) : avoir suivi le cours à choix du MUSE «Etude d impact sur l environnement et évaluation d impact sur la santé» (prochain cours en automne 2017). 6- Références Initiales (optionnel) :1- Harris-Roxas, B., Harris, E., (2013) The impact and effectiveness of health impact assessment : A conceptual framework. Environmental Impact

17 Assessment Review 42: Wismar, M. et al. (2007) The effectiveness of health impact assessment: scope and limitations of supporting decision-making in Europe. Copenhagen: European Observatory on Health Systems and Policies. 7- Lieu de travail et encadrement : Le travail sera dirigé par le Dr. Jean Simos (Directeur de mémoire) et co-encadré et le Dr. Nicola Cantoreggi (co-directeur). Le lieu de travail principal sera l Institut de santé globale, Campus Biotech. L étudiant-e concerné-e sera amené-e à effectuer des déplacements sur les sites d étude en Suisse et en France (encore à définir) afin de réaliser des entretiens semi-directifs.

18 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Disparités socio-économiques dans le Canton de Genève : étude de faisabilité pour le calcul d un index synthétique territorialisé 1- Problématique : Le salaire médian élevé qui caractérise la Suisse en général et le Canton de Genève en particulier n exprime pas les grandes disparités socio-économiques qui peuvent exister sur un même territoire. Dans le Canton de Genève, plusieurs recherches ont en partie documenté cette situation (Observatoire statistique transfrontalier, 2013 ; OCSTAT, 2012 ; CATI_GE, 2011), mais aucune d entre-elles n offre un diagnostic complet de la situation. En particulier, l échelle infracommunale n a pas été abordée de manière exhaustive. Or, des procédures statistiques innovantes pour documenter les disparités socio- économiques à cette échelle territoriale ont été récemment développées au niveau européen (Lalloué et al. 2013), Leur adaptation au contexte genevois est susceptible d aboutir à une nouvelle cartographie, qui serait très utile pour mieux cibler les interventions publiques en matière d aide sociale et de promotion de la santé. 2- Objectifs du travail de Master : 1- Vérifier la faisabilité du calcul d un index synthétique relatif aux disparités socio-économiques sur le territoire genevois ; 2- Restituer les résultats de cette analyse en termes cartographiques et en proposer une interprétation. 3- Déroulement :Cette recherche sera organisée en trois grandes étapes. La première étape consistera en une analyse approfondie de l index socio-économique proposé par Lalloué et al. (2013), afin d en examiner l adaptabilité au contexte genevois, compte tenu du découpage statistique et de la disponibilité des données en fonction de ce découpage statistique. La deuxième étape consistera en la collecte et le traitement des données statistiques pertinentes pour le calcul de l index. La troisième étape aboutira à une mise en carte de l index et à son interprétation. 4- Interdisciplinarité :Cette recherche va mobiliser des savoirs ayant trait aux sciences économiques, à la sociologie et à la géographie, et va utiliser des outils méthodologiques statistiques et cartographiques. Les résultats pourront par la suite être exploités dans le cadre d autres recherches pour développer une analyse des inégalités sociales de santé sur le territoire genevois.

19 5- Formation requise (optionnel) : solide formation en analyse statistique multivariée et en cartographie. 6- Références Initiales (optionnel) : (1) Lalloué B. et al. (2013) A statistical procedure to create a neighborhood socioeconomic index for health inequalities analysis. International Journal for Equity in Health, 12:21 ; (2) Observatoire statistique transfrontalier (2013) Précarité dans l espace transfrontalier genevois, Genève : CFRC ; (3) OCSTAT (2012) La précarité à Genève dans une optique territoriale, Genève : OCSTAT ; CATI-GE (2011) Les inégalités territoriales dans le Canton de Genève. Politique de cohésion sociale en milieu urbain. Université de Genève. 7- Lieu de travail et encadrement : Le lieu de travail sera l ISE-UniVogt. Le travail sera dirigé par le Dr. Nicola Cantoreggi (Directeur de mémoire) et co-encadré et le Prof. Hy Dao (co-directeur). Des collaborations étroites sont prévues avec l Office cantonal de la statistique, de même que des échanges sont prévus avec le Centre d'analyse territoriale des inégalités de l'unige (CATI-GE), qui travaille sur une problématique proche.

20 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER 2017 TITRE: Spatio-temporal characterisation of heat demand of the Swiss building stock 1- Contexte Space heating (SH) and domestic hot water production (DHW) accounts for around 40% of the Swiss final energy consumption. Reaching the goals of the energy strategy 2050 will require to reduce significantly this consumption despite of the growing building stock. Renewables are numerous but subject to spatio-temporal constraints. The massive integration of renewable heat require to be able to answer the questions: what amount do we consume where and when? Such information is valuable input for territorial analysis as in (Eicher and Pauli 2014). The GIS thermal model of the Swiss building stock (Schneider et al. 2016) estimates on a raster of several pixel sizes, the yearly final energy demand for SH and DHW. This model is available within the SCCER ( SCCER 2017) as an open source SQL database script. This model gives a rather good answer to the questions what amount do we consume and where. A further step consist in decomposing the yearly demand into load curves of hourly time resolution to answer the complementary question when heat is required. 2- Objectifs du travail de Master The main goal is to study the decomposition of yearly heat demand into load curves with an hourly time resolution. The method consist in a combination of literature review of energy hub models as (Allegrini et al. 2015) and case study data analysis available at the university of Geneva. Electric heating (direct or heat pump) will require special care since energy service companies (ESCO) may remotely switch off electric heating systems at certain hours of the day to shave demand peaks. If quality of work is judged sufficient a journal paper could be an additional outcome of this master degree work. The student will also enhance his technical skills in big-data analysis and using relational SQL databases. 3- Déroulement Literature review of dynamic heat demand models for neighbourhoods, analysis of case study data of aggregated heat demand. Include climatic models to compute heating degree days according to SIA norm (Zweifel 2010). 4- Interdisciplinarité Energy modelling, GIS analysis, energy politics, computer sciences 5- Formation requise No specific requirements; Space energy course and SQL language are a plus.

21 6- Références Initiales Allegrini, Jonas, Kristina Orehounig, Georgios Mavromatidis, Florian Ruesch, Viktor Dorer, and Ralph Evins A Review of Modelling Approaches and Tools for the Simulation of District-scale Energy Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews 52 (December): doi: /j.rser Eicher, and Pauli Weissbuch Fernwärme Schweiz VFS Strategie, Langfristperspektiven Für Erneuerbare Und Energieeffiziente Nah- Und Fernwärme in Der Schweiz. Dr. Eicher+Pauli AG planer für Energie und Gebäude Technik. SCCER SCCER Future Energy Efficient Buildings & Districts. Accessed January Schneider, Stefan, Jad Khoury, Bernard Lachal, and Pierre Hollmuller Geo-dependent Heat Demand Model of the Swiss Building Stock. Sustainable Built Environment Regional Conference. SBE 2016, Zurich, June 15-17, SBE Series edition. Zweifel, Gerhard Norme SIA 2028: Données Climatiques Pour La Physique Du Bâtiment, L énergie Et Les Installations Du Bâtiment. Société suisse des ingénieurs et des architectes. 7- Lieu de travail et encadrement Guidance by Dr. Stefan Schneider (stefan.schneider@unige.ch) and Kai Nino Streicher (Kai.Streicher@unige.ch) Institut des Sciences de l environnement and Department F.-A. Forel for environmental and aquatic sciences (DEFSE), Faculty of Science

22 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Réchauffement climatique en Suisse et facture énergétique : analyse de la variation des coûts liés au chauffage et à la climatisation domestiques de quelques villes en Suisse 1- Problématique : Le changement climatique planétaire comporte des impacts régionaux positifs et négatifs. Les changements climatiques déjà observables de nos jours en Suisse devraient, selon les modèles actuels, s accélérer dans les années à venir (MétéoSuisse, 2013). Pour quantifier le changement climatique passé, on utilise les données des stations de mesures à long terme de Météo- Suisse. Concernant les changements climatiques futurs, différents scénarios d émission de gaz à effet de serre sont employés par des modèles numériques du climat. Actuellement, le Plateau central compte en moyenne 20 à 40 jours d été. Sur le Plateau suisse, le nombre moyen de jours d été passera de 40 à environ 80 d ici Dans les zones les plus basses du Plateau central, on dénombre actuellement environ 80 jours de gel, le long des Préalpes environ 120 jours. À l ouest du Plateau et au Tessin, le nombre de jours de gel diminuera à moins de 50 jours par année d ici Cela correspond à une diminution d à peu près un mois. Conséquences pour la société et l économie : les jours de chauffage diminuent dans toute la Suisse mais les jours de climatisation ont tendance à augmenter (OFEV, 2007). Les acteurs importants du secteur du bâtiment connaissent et utilisent des méthodes de construction permettant d assurer un climat intérieur sain sans consommer beaucoup d énergie. Une isolation adéquate permet de conserver la chaleur à l intérieur durant l hiver mais aussi de conserver l air frais durant les périodes chaudes. Par conséquent, la question qui se pose est la suivante: est-ce que le réchauffement climatique en Suisse nous permettra de faire des économies d énergie, et de ce fait diminuer la facture énergétique? 2- Objectifs du travail de Master : L objectif du travail aborde la question climatique et des effets pour la consommation d énergie dans des bâtiments. Le travail vise dans un premier temps à analyser les séries temporelles des observations actuelles des températures et d humidité mesurées à quelques stations en Suisse et de déterminer le nombre de jours (heures) pour lesquels le chauffage domestique et la climatisation doivent être activés. Les principales variables utilisées sont les températures maximales et minimales, et l humidité atmosphérique. Nous proposons aussi une approche exploratoire de l indice «Humidex» 6, qui est une mesure utilisée pour intégrer les effets combinés de la chaleur et de l humidité, utile surtout comme mesure d inconfort lors des journées chaudes. Dans un deuxième temps, et en fonction de quelque seuils de température, évaluer la consommation d énergie et les coûts associés à la diminution probable du nombre de jours de chauffage et celui associés à l augmentation du nombre de jours pendant lequel la climatisation est activé afin de comparer ces résultats avec des données actuelles. Ensuite, effectuer une analyse similaire pour le futur, soit vers la fin du XXI e siècle, en utilisant des données simulées nous permettant d évaluer les changements attendus au XXI e siècle. Une analyse comparative des coûts énergétiques pour le milieu et la fin du XXI e siècle constitue un des objectifs de ce travail de Master. 6

23 3- Déroulement :Le travail comprendra une phase préliminaire de familiarisation avec la littérature récente à propos du régime climatique actuel en Suisse, de celui projeté durant le XXI e siècle afin d en reconnaître les caractéristiques spécifiques de température et d humidité, et également de faire une revue bibliographique des pratiques usuelles de construction, et du coût de l énergie par secteur de production. Les séries temporelles des variables météorologiques horaires et journalières observées en un bon nombre de stations en Suisse sont accessibles auprès de MétéoSuisse 7. Les données simulées à l aide d un modèle régional de climat pour les périodes actuelles et futures sont disponibles sur le site du projet PRUDENCE. Le déroulement implique une phase technique de téléchargement des variables suffisantes et de structuration d une base de données facilitant l analyse et l atteinte des objectifs tels que fixés pour ce travail de Master. Ensuite, s en suivra une phase de développement d outils et d analyses statistiques à l aide d un logiciel permettant de caractériser et de catégoriser le mieux possible les climats actuels et futurs des régions en Suisses (Excel, R, Matlab, etc). Les deux périodes simulées durant le projet PRUDENCE seront nécessaires pour réaliser ce travail: celle de référence et celle caractérisant la période future , ce qui permettra une estimation des changements vers Le découpage temporel prévoit au minimum les calculs de changements saisonniers (hiver et été). Afin d analyser la consommation d énergie pour le chauffage il est prévu de developper une analyse de régression multiple, décrivant la relation entre les besoins horaires de gas naturel à Genève dans les années passées et les conditions climatiques horaires. En appliquant ces relations aux les conditions climatiques prévues il est possible d estimer la demande de chaleur au cas que la technologie de chauffage et le niveau d isolation des bâtiments ne change pas (frozen technology scenario). Basé sur des hypothèses concernant le changement graduel de la performance énergétique des bâtiments la consommation d énergie et les coûts seront estimés pour plusieurs technologies et scénarios (voir par exemple Jylhä et al 2015). Une analyse analogue est prévue pour la climatisation, même s il est difficile de dériver de manière similaire les besoins en fonction de la température extérieure. De plus, il est prévu d évaluer le facteur de performance saisonnier (FPS ; coefficient of performance, COP) de deux ou trois différents types de pompes à chaleur en fonction du changement climatiques dans les décennies à venir. 4- Interdisciplinarité :Ce sujet nécessite un intérêt certain pour l analyse de données numériques. Ce travail ne comporte pas une interdisciplinarité «forte» stricto sensu, mais nécessite des apports conjoints de la physique du temps et du climat (climatologie), des mathématiques (statistiques), de l informatique et de l énergétique du bâtiment. 5- Formation requise (optionnel) : spécialisation climat et/ou celle de l énergie 6- Références Initiales (optionnel) :Jylhä K., Jokisalo J., Ruosteenoja K., Pilli-Sihvola K., Kalamees T., Seitola T., Mäkelä H., Hyvönen R., M. Laapas, A. Drebs, 2015 : Energy demand for the heating and cooling of residential houses in Finland in a changing climate, Energy and Buildings (2015), MétéoSuisse, 2013, «Scénarios climatiques Suisse un aperçu régional», rapport technique n 243 MétéoSuisse, 36 pages. North N., Kljun N., Kasser F., Heldstab J., Maibach M., Reutimann J., Guyer M : Changements climatiques en Suisse Indicateurs des causes, des effets et des mesures. État de l environnement n Office fédéral de l environnement, Berne. 77 p. OFEV, 2014 : Adaptation aux changements climatiques en Suisse - Plan d action pp. 7

24 7- Lieu de travail et encadrement : C3i, ISE, UNI Carl Vogt, Dr. Stéphane Goyette, MER. stephane.goyette@unige.ch, Tel +41 (0) ; Prof. Martin Patel, martin.patel@unige.ch, Tel : ; Dr. David Parra, David.Parra@unige.ch, Tel

25 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : State of the art of assessing externalities and explorative analysis on further development of the methodology 1- Problématique : In today s economies, a major part of the impact of anthropogenic activities on the environment, human health and the economy itself is not accounted for. A major part of these externalities concerns energy use which is responsible for three quarters of all greenhouse gas emissions as well as a large share of other types of emissions (e.g. particulate matter) and is causing short and long-term impacts related to climate change, biodiversity loss, human health and other aspects. Research on external effects and external costs has advanced in the past years. At ISE, ongoing research on climate, ecosystem services and energy potentially offers the opportunity to contribute to this research domain. 2- Objectifs du travail de Master : The overall objective of this Master thesis is 1.) to obtain a thorough understanding of the state of the art and 2.) to explore the possibilities for interdisciplinary research related to external costs by combining various types of expertise at ISE and to test the applicability of combining approaches in the context of one to two case studies. 3- Déroulement : As starting point, a thorough literature analysis will be conducted, thereby considering, among others, recent work within the ExternE project, by IRENA, by University of Michigan in collaboration with University of Sussex and Free University of Amsterdam (FUND model), analysis in the US (Interagency Working Group on Social Cost of Carbon) etc. Key differences in approaches and assumptions (including cause-effect chains, economic discount rates, the statistical value of human life etc.) will be specified. Particular attention will be paid to the scenario dependency of external costs and to different approaches of internalizing external costs as a function of a country s policy objectives and realized emission pathway. In collaboration with selected groups in ISE, opportunities of combining model based approaches and model results will be explored by means of one to two case studies. It is also planned to evaluate whether any collaboration can be established with the WHO in Geneva with the objective of assessing health-related impacts. 4- Interdisciplinarité : climate, biodoversity, health, energy, economy

26 5- Formation requise (optionnel) : Strong modelling skills, background in natural science, engineering or environmental economics 6- Références Initiales (optionnel) : Anthoff, D. and Tol, R.S.J. (2013). The uncertainty about the social cost of carbon: a decomposition analysis using FUND. Climatic Change 117: DEFRA (2007) The Social Cost of Carbon and the Shadow Price of Carbon: What They Are, and How to Use Them in Economic Appraisal in the UK, Economics Group, Defra, London ExternE project: External Costs of Energy, Holland, M. et al. (2005), Damages per tonne emission of PM 2.5, NH 3, SO 2, NO x and VOCs from each EU25 Member State (excluding Cyprus) and surrounding seas (No. AEAT/ED51014/ CAFE CBA damage costs). AEA Technology Environment, Oxon, United Kingdom. IRENA (2016), The true cost of fossil fuels: Saving on the externalities of air pollution and climate change. Brief. IRENA, Abu Dhabi. US Government, Technical Support Document: Technical Update of the Social Cost of Carbon for Regulatory Impact Analysis under Executive Order Lieu de travail et encadrement : Guidance by Dr. Martin Patel (martin.patel@unige.ch) and colleagues, Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt

27 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Market development, economic aspects and environmental aspects of heat pump technology in Switzerland 1- Problématique : Heat pumps are widely considered as enabling technology to be implemented at large scale in order to substantially reduce final energy demand as well as CO 2 emissions. In other words, heat pumps can be seen as key element of the electrification of the economy in the context of the Swiss Energy Strategy However, while Switzerland is a leading market for heat pumps, their diffusion in the built environment has generally been slow. This raises questions about the status quo by application area, un-used potentials but also risks for investors as well as for technology developers. 2- Objectifs du travail de Master : The overall objective of this Master thesis is to obtain an understanding of the status quo of the heat pump market in Switzerland as well as its further development potential and the concurrent benefits and drawbacks. In more detail, the following questions will be answered * How has the heat pump market (by technology types and application areas) developed in Switzerland in the past? * What are the main strengths (e.g. energy efficiency) and drawbacks (e.g. refrigerant loss, noise) of heat pumps? * What have been the drivers and barriers to date and what will they presumably be the coming decades? * Which new and emerging technology combinations are there for heat pumps (in particular in combination with heat storage, batteries and combined heat and power) and in which context are the respective combinations most promising? How have they been developing? * Apart from hardware technology development also improved monitoring & control as well as operation by aggregators in the context of increased digitalisation will be considered. * What is the level of complexity of this technology in its main application areas (e.g. temperature levels, hybrid heat pumps etc.)? * How could the heat pump market develop in the coming years and decades as a function of technology breakthroughs and regulatory boundary conditions? 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. As starting point, a thorough literature analysis will be conducted, thereby considering, among others, research conducted at UNIGE, HSLU at the IEA and elsewhere. The alternative heat pump

28 technologies will be described in quantitative terms (KPIs). Time series will be collected in order to understand market developments in Switzerland but wherever relevant also abroad. The amounts of saved energy and avoided CO2 by heat pumps implemented in Switzerland to date will be estimated in comparison with suitable reference technologies. Potential trade-offs, e.g. due to refrigerant losses will thereby be taken into account. When interpreting the observed developments, drivers and barriers, new technology combinations as well as digitalisation trends will be considered. This analysis will be used as input for technology mapping in collaboration with ETHZ and it will serve as basis for answering the overall research question on the current status and the development potential of heat pump technology in Switzerland. 4- Interdisciplinarité : Energy, climate, economy, environment, regulation 5- Formation requise (optionnel) : Background in natural science, engineering or environmental economics; MUSE specialisation Energy 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt Guidance: Martin Patel together with colleagues

29 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Techno-economic analysis of energy efficiency improvement potential in Swiss metal industry 1- Problématique : With its national Energy Strategy 2050, Switzerland aims to reduce final energy demand per capita, reduce the share of fossil energy and gradually exit from the use of nuclear energy for power generation. Next to increasing the share of renewables, energy efficiency improvement is a key pillar of the strategy. One of the major goals of the strategy s new energy policy is to reduce the country s final energy demand by 46% in 2050 compared to the level in Swiss industry which accounts for 20% of the total final energy demand can contribute significantly to achieve the goal by employing best practices within the sector`s most energy intensive processes. The metal industry 8 is among the most energy intensive with a share of 20% of the industry s total final energy demand in Objectifs du travail de Master : It is required to develop energy efficiency supply curves (bottomup approach) for the chosen sector in order to assess the economic potential for final energy savings and its associated specific costs. The results of this study can serve basis for formulating more effective policies targeting metal industry. 3- Déroulement : Data collected by the Group Energy Efficiency for the whole Swiss industrial sector contains valuable information about energy savings and costs for around 500 measures implemented specifically in the metal industry. The student will be responsible for analyzing and classifying these measures and scaling up the analysis from the level of case studies to the national level. The student will work in collaboration with doctoral students at the Group Energy Efficiency. 4- Interdisciplinarité : Energy, technology, economics, environment, regulation 5- Formation requise (optionnel) : Background in natural science, engineering or environmental economics; MUSE specialisation Energy. 8 Metal industry includes the manufacture of iron and steel, non-ferrous metals and metal products.

30 The student should be able to combine technical understanding with economic assessment and broader aspects of the energy transition. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt Guidance: Martin Patel together with colleagues

31 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Contribution to the Swiss Odyssee database development and cross-country comparative analysis 1- Problématique : Geographical, economic, regulatory and cultural diversity in Europe explains to a large extent the difference in levels and patterns of energy use in individual countries. Depending on the sector and the chosen performance indicator, typically different countries are leaders (and laggards) while there is practically no country which is exemplary in all respects. This diversity offers a wealth of information on viable and exemplary developments which can hence inform researchers, policy makers and other stakeholders in the various countries. As a prerequisite, the information needs to be collected in a consistent and comparable manner. For nearly two decades, energy efficiency indicators have been collected for EU member countries within the Odyssee Project, thereby covering the industry, residential, transport and services sectors, as well as drivers underlying the developments in these sectors. As new addition, Switzerland will be included in the Odyssee database, with UNIGE being in charge of data collection and analysis. 2- Objectifs du travail de Master : The objectives of this M.Sc. thesis are 1.) to contribute to the development of energy efficiency indicators as well as detailed energy consumption data by end use in one of the sectors of the Swiss economy (i.e. in the industry, residential, transport or services sector) 2.) to investigate the drivers underlying the observed changes 3.) to put the trends into perspective by comparison with selected EU countries. 3- Déroulement : The MSc student will be part of the UNIGE team working on this project. The tasks include familiarization with the Odyssee database and its key reports and findings, identification of suitable statistics for Switzerland, critical analysis of their validity, development of energy efficiency indicators, assessment of their plausibility and explanation of the trends as well as comparison with other countries. The findings are expected to lead to insight on the relative positioning of Switzerland compared to other countries and the underlying reasons including policies. The analysis may hence lead to policy-relevant conclusions. The compiled data may also be used to identify correlations and to test these, e.g. by means of regression analysis and potentially also decomposition analysis. 4- Interdisciplinarité : Energy, economy, environment, regulation

32 5- Formation requise (optionnel) : MUSE specialisation Energy 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt Guidance: Martin Patel together with colleagues

33 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE: Analysing potentials, barriers and levers in energy efficiency for buildings from the perspective of investors 1- Problématique: As pointed out by Economidou and Bertoldi (2014), financial institutions consider energy efficiency projects to entail high transaction costs and to be risky due to the difficulty of predicting accurately energy cost savings. The main challenges are reported to be the lack of sufficient experience with credit analysis (so-called underwriting) of energy efficiency loans and lacking standardized evaluation methods for measuring and verifying energy savings. Moreover, the lack of secondary markets to provide exit opportunities for investors, or further liquidity to the investments is an important barrier (Economidou and Bertoldi, 2014). 2- Objectifs du travail de Master: The objective of this Master thesis is hence to understand how the gap between economically attractive energy efficiency projects and lacking investment can be overcome from the perspective of the financial institutions. The analysis will focus on Switzerland. 3- Déroulement: The M.Sc. thesis is foreseen to be executed according to the following tasks: * Analysis of the renovation market to determine best practices currently used for financing renovation projects process. Compare these practices with the Protocols prepared by the Investor Confidence Project (ICP) to determine how best to address the Swiss market. * Identification of leading jurisdictions in Switzerland that are active in energy efficiency renovations and interested in getting more private capital engaged in their programs. Analysis of their current program and project process for the renovation market in order to understand applicability for a more standardized approach to project delivery, professional training and investment quality. * Identification of the most influential Swiss organizations and individuals that could play a critical role for adopting standardized approaches to building renovation and professional certification in Switzerland. Identification of organizations that could lead to adoption of standardized approaches to building renovations, thereby making use of the experience made in other countries. Interviews will be

34 held with a selection of these organisations/individuals in order to pinpoint the types of barriers present in Switzerland and ways to overcome them. * Identification of the top investors and members of the Swiss financial community (banks, pension funds, insurance, development banks, etc.) that are actively investing (or considering to do so) in energy efficiency renovations, on the building level and portfolio level. Interviews will be held with interested institutions to define exact needs from renovation process for their diligence process in order to increase confidence in projected savings. 4- Interdisciplinarité: Economics, Finance, investor behaviour, Energy efficiency 5- Formation requise (optionnel): Ideally bachelor in Economics or Law. MUSE specialisation Energy 6- Références Initiales (optionnel): Economidou, M.; Bertoldi, P.: Financing building energy renovations. JRC Science and Policy Report. Joint Research Centre Institute for Energy and Transport (European Commission), Lieu de travail et encadrement : * Prof. Philipp Krueger, Geneva Finance Research Instititute (GFRI), Philipp.Krueger@unige.ch, Uni Mail * Prof. Martin Patel Martin.Patel@unige.ch, Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt * in close collaboration with Dr. Panama Bartholomy, Investor Confidence Project Europe, panama.bartholomy@eeperformance.org

35 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Pour l achat responsable dans le domaine de l alimentation en ville et sur le canton de Genève 1- Problématique : De par ses méthodes de production et de diffusion, le système d'agriculture de monoculture intensive participe aux processus de perte de biodiversité ainsi qu'au dérèglement climatique. De plus il génère des d'inégalités sociales, soit parce que de larges parcelles de terres sont acquises au détriment de communautés locales soit parce que les petites producteurs ne reçoivent pas le gain équitable issu de la chaîne de valorisation. Pour les productions agricoles tournées vers l exportation (agriculture de rente), le modèle agro-business est largement dominant et contribue à détériorer la situation sociale et environnementale alors que les petits producteurs, par leur agriculture diversifiée, contribueraient à limiter le dérèglement climatique. Au nord, plus précisément en Suisse, de manière croissante, les paysans exploitent des terres à plus petite échelle (20ha), en maintenant des systèmes d'agriculture diversifiée; au sud, la situation des petits producteurs locaux reste difficile et complexe, et ce malgré la prise de conscience croissante de la nécessité de les soutenir face aux logiques du modèle d'agro-business. Dans ce contexte, la responsabilité du consommateur dans ses choix face à des sources d'approvisionnement alimentaire globalisées est et restera un défi pour les années à venir. La ville de Genève et le canton, lieu symbolique international, à travers leurs achats directs (réception et restaurants) ou indirects (cantines scolaires) pourraient montrer l'exemple et choisir un chemin vers la consommation sociale et environnementale responsable. Cette étude menée pour SWISSAID Genève doit permettre de rédiger une charte d'achat responsable dans le domaine de l'alimentation pour la ville et le canton de Genève. 2- Objectifs du travail de Master : L'objectif de cette recherche est de produire un rapport de recommandations permettant de mettre en place une charte pour des achats alimentaires responsables dans le Canton de Genève. 1- Analyser les schémas des différents achats alimentaires responsables déjà existants (e.g. labels). 2- Décrire le contexte et le processus historique dans lequel la charte s'imbrique (ex. contexte international et onusien aussi bien que local). 3- Proposer et définir les principes clés sur lesquels la charte s'appuiera (ex. équité? responsabilité? traçabilité? réciprocité?) 4- Faire une revue et évaluer les efforts déjà mis en place dans ce domaine et s'assurer de la compatibilité avec le contexte local. 3- Déroulement :Ce travail nécessite à la fois des recherches documentaires et des entretiens avec les acteurs clés : de la ville de Genève, du canton, du secteur privé (les organisations paysannes), des chaines d'approvisionnement (en particulier des associations responsables des cantines scolaires), de la Fédération Genevoise de Coopération (FGC) (notamment la plateforme sur la souveraineté alimentaire). Les étudiant-e-s seront en contact hebdomadaire avec le vice-président de SWISSAID Genève, Dr Denis Ruysschaert,

36 (sociologue, expert dans le domaine). Ils/elles bénéficieront également de la base de données accessible sur le net. 4- Interdisciplinarité :sociologie, économie, biodiversité (agronomie) 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : L'encadrement se fera conjointement par Pauline Plagnat-Cantoreggi et la personne contact de SWISSAID Genève Genève (7, rue du Valais, 1201 Genève, ) Denis Ruysschaert Dr. (sociologie; viceprésident: denis.ruysschaert@gmail.com).

37 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Complexe d immeubles Minergie en situation d usage: performance énergétique réelle et pratiques des habitants 1- Contexte A Genève, le plus grand potentiel de réduction des émissions de CO2 se situe dans le secteur de l approvisionnement en chaleur des bâtiments, qui représente par ailleurs près de la moitié de la consommation d énergie finale délivrée aux consommateurs. En 2014, la consommation d énergie de ce secteur (corrigée climatiquement) se chiffre à 5'444 GWh ou 40.6 GJ/hab, et est essentiellement basée sur les combustibles fossiles. A cet égard, la question de la performance thermique réelle des bâtiments résidentiels collectifs a été abordée, tant en ce qui concerne les bâtiments neufs (Zgraggen, 2010) que la rénovation de bâtiments existant (Khoury, 2014). Dans les deux cas, un écart important entre les valeurs prévues et la réalité a été mis en évidence, en bonne partie en lien avec l usage (ventilation mécanique et naturelle et températures de chauffage supérieures aux valeurs normées). 2- Objectifs du travail de Master Ce master s inscrit dans le cadre d un projet de recherche concernant un complexe de 7 immeubles HBM de haute et très haute performance énergétique (Minergie et Minergie-P), équipés d un système innovant de pompe à chaleur centralisée sur eaux usées. Dans le cadre de cette étude de cas il s agira de : Etablir la performance énergétique des bâtiments en situation d usage et dégager des pistes d amélioration possibles (volet technique). Evaluer l application de bonnes pratiques environnementales des habitants (volet socio-culturel). Sur la base des résultats et d une revue de littérature, il s agira en un deuxième temps de généraliser les connaissances acquises et de donner des recommandations pour de futurs projets de ce type.

38 3- Déroulement : Le candidat développera les points ci-dessous, de façon plus ou moins approfondies, selon ses affinités et en accord avec les directeurs du travail : Au niveau du volet technique : Analyser le projet sur la base des divers rapports, ainsi que via des contacts privilégiés avec les divers acteurs (exploitant, propriétaires, commune). Analyser les profils de demande de chauffage et eau chaude sanitaire (ecs) sur la base de mesures en provenance du système de régulation, complétées si nécessaires par des mesures spots. Déterminer et comparer les besoins thermiques des 4 immeubles Minergie par rapport aux 3 immeubles Minergie-P. Mener une campagne de photos infra-rouge permettant de détecter les ouvertures de fenêtres. Evaluer l impact de l usage réel (ouverture des fenêtres et températures de chauffage) sur le bilan thermique des immeubles. Au niveau du volet socio-culturel : Evaluer les caractéristiques socio-culturelles des locataires des immeubles, ainsi que leur sensibilité environnementale. Evaluer l application de bonnes pratiques environnementales dans le contexte de ces immeubles. Proposer des pistes pour optimiser ces bonnes pratiques. Déterminer les conditions nécessaires pour optimiser l adhésion aux aspects environnementaux des locataires de ses immeubles. 4- Interdisciplinarité Ce travail, qui comporte un volet technique et un volet socio-culturel, sera mené en interaction entre les thématiques «Energie» et «Villes et territoires» de l ISE. 5- Formation requise NA 6- Références Initiales Khoury, J. (2014). Rénovation énergétique des bâtiments résidentiels collectifs: état des lieux, retours d expérience et potentiels du parc genevois, Thèse de doctorat, Université de Genève. Institut des Sciences de l Environnement et Institut Forel. Zgraggen, J.-M. (2010). Bâtiments résidentiels locatifs à haute performance énergétique : objectifs et réalités. Thèse de doctorat, Université de Genève.

39 7- Lieu de travail et encadrement Fleury de Oliveira, Adjoint scientifique, Groupe Systèmes Energétiques, Uni Carl Vogt. Patrick Naef, Collaborateur scientifique / Chargé de cours, ISE, Uni Carl Vogt.

40 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Comprendre le cycle de baryum et strontium dans le Lac Léman et autres lacs périalpins 1- Problématique : Dans le cadre d un suivi de la qualité de l eau du Petit-Lac, entrepris par le Service d Ecologie de l Eau (SECOE), nous avons découvert que certaines espèces de phytoplancton présentes dans la colonne d eau de ce lac forment des inclusions intracellulaires de carbonates amorphes enrichies en certains métaux alcalino-terreux (Ca, Sr, Ba). Un tel phénomène n ayant encore jamais été signalé, et considérant l intérêt de ce processus de précipitation dans l autoépuration du lac, nous avons mis sur pied un groupe de recherches pluridisciplinaire (biologie, chimie, minéralogie et geomicrobiologie) sur l étude des carbonates alcalino-terreux dans les lacs. Le sujet d étude ici proposé s inscrit dans ce contexte. 2- Objectifs du travail de Master : Comprendre le comportement de baryum et strontium dans le lac Léman et dans d autres lacs similaires. 3- Déroulement :: - recherche bibliographique et intégration des informations (Ba et Sr dans les lacs, sources naturelles et anthropiques dans les systèmes étudiés) ; - traitement des données de concentration de Ba et Sr obtenues par le SECOE depuis 1995 ; - recherche d autres données complémentaires (autres cantons suisses, Thonon, registres sédimentaires) ; - évaluation de la qualité des données et traitement des données par des méthodes non-paramétriques pour évaluer l existence de tendances temporaires ; - participation aux campagnes mensuels d échantillonnage du SECOE, traitement des échantillons et analyse (ICP-MS et SEM-EDX) ; - construction d une base de données thermodynamique pour permettre la réalisation de calculs de spéciation chimique rigoureux (eaux lac et milieux de culture) ; - évaluation des résultats obtenus et mise en correspondance avec des observations microbiologiques. 4- Interdisciplinarité :Chimie, géologie, microbiologie, limnologie. Applications potentielles en écotoxicologie, méthodes de traitement de la pollution, etc.

41 5- Formation requise (optionnel) :Chimiste ou géologue. Autres formations de base ne sont pas exclues; c est à discuter au cas par cas. Il faut avoir une base «raisonnable» en statistique et traitement de données. Le stage offre l apprentissage d une palette largement interdisciplinaire de techniques et méthodes d étude. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Lieu : Institute F.-A. Forel Encadrement : Montserrat Filella, montserrat.filella@unige.ch Le stage se fera en collaboration avec le SECOE et le Groupe de Géomicrobiologie du Département de Sciences de la Terre.

42 N : TITRE: Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Monitoring precipitation type based on different measurement principles 1- Problématique : The type of precipitation falling on the ground surface (e.g. rain, snow, drizzle, hail, etc.) can have important implications for subsequent processes, and thereby be decisive in certain risk situations. For example, for the prediction of flash-floods, it is important to know whether precipitation falls as snow or liquid water within a catchment (e.g. Froidurot et al. 2014, Tobin et al. 2012). Also, for the management of traffic roads, it is important whether falling snow or mist hampers road conditions or visibility (Toivonen & Kantonen, 2001). Furthermore, the occurrence of freezing rain can lead to collapse of trees and power supply lines with potentially catastrphic cascading effects, as was experienced during a recent case in Slovenia 2014 (Kämäräinen et al. 2017). Precipitation type can be derived from ground surface measurements, using different remote sensing techniques (e.g. radar, laser-beam, high resolution cameras). However, each measurement principle has its strengths and limitations and measurement devices needs to be carefully evaluated before they are used in operational applications. 2- Objectifs du travail de Master: The objective of this thesis is to compare different measurement devices, which estimate and monitor precipitation type at a high temporal resolution, and to make statements about chances, limitations, and potential applications of these instruments. The study will be conducted in the Zulg valley, Switzerland, where we installed the following instruments: 2D-Video-disdrometer (measurement principle: optical cameras) Operational disdrometer (measurement principle: laser-beam) Radar precipitation sensor (measurement principle: radar-beam) Thereby, the 2D-Video-disdrometer is thought to provide the most accurate measurements (Figure 1), and can be used to evaluate the operational instruments (Raupach & Berne 2015). Results will be of particular interest for the canton of Bern, which is interested in the applicability of these instruments for operational purposes.

43 Figure 1: The 2D-Video-distrometer measures every single precipitation particle - i.e. rain drops, hailstones or snowflakes - from front and side with two high-speed cameras in real-time (JOANNEUM RESEARCH, 3- Déroulement : The student conducts a literature review and identifies the most important research gaps and challenges in this field. The main focus of the thesis, however, will lie on qualitative and quantitative data analysis. Thereby, access to the raw data of the above mentioned instruments will be provided, and the analysis could include the following steps: (1) Comparison of precipitation type measurements derived from the 2D-Video-disdrometer and the operational instruments, (2) qualitative description and quantification of performance and errors, (3) attribution of errors to boundary conditions (e.g. precipitation intensity, temperature), (4) implications and recommendations for operational applications. If time is sufficient and the student is interested in further analyses, other parameters such as terminal fall velocity or drop size distribution can be further investigated (optional). 4- Interdisciplinarité : This study is an applied work in the field of meteorology and closely linked to operational applications in risk management (e.g. hydrology, road management). Furthermore, the student will gain insights into different measurement techniques and apply statistical methods to describe and validate meteorological observations. Finally, the student will prepare results which are directly relevant for cantonal authorities. 5- Formation requise: a) background or strong interest in atmospheric science and basic knowledge about remote sensing techniques, b) programming skills (e.g. Matlab or R) and some statistical background, c) ability to communicate and write in English 6- Références Initiales: Froidurot, S., Zin, I., Hingray, B., & Gautheron, A. (2014). Sensitivity of precipitation phase over the Swiss Alps to different meteorological variables. Journal of Hydrometeorology, 15(2), Kämäräinen, M., Hyvärinen, O., Jylhä, K., Vajda, A., Neiglick, S., Nuottokari, J., & Gregow, H. (2017). A method to estimate freezing rain climatology from ERA-Interim reanalysis over Europe. Natural Hazards and Earth System Sciences, 17(2), 243. Raupach, T. H., & Berne, A. (2015). Correction of raindrop size distributions measured by Parsivel disdrometers, using a two-dimensional video disdrometer as a reference. Atmospheric Measurement Techniques, 8(1),

44 Tobin, C., Rinaldo, A., & Schaefli, B. (2012). Snowfall limit forecasts and hydrological modeling. Journal of Hydrometeorology, 13(5), Toivonen, K., & Kantonen, J. (2001). Road weather information system in Finland. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, (1741), Lieu de travail et encadrement : C3i, ISE, UNI Carl Vogt, Prof. Dr. Markus Stoffel, markus.stoffel@unige.ch, Dr. Mario Rohrer, mario.rohrer@unige.ch, Michael Fehlmann, michael.fehlmann@unige.ch

45 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : On the role of Atmospheric Rivers on floods on the Iberian Peninsula 1- Problématique : Floods are natural processes that provide essential ecosystem services. They shape the earth s surface, provide rich soil, replenish sub-surface water reservoirs, and play an integral role in the ecology of riparian ecosystems. However, extreme floods can also lead to large economic and personal losses, and are responsible for several of the costliest natural disasters worldwide. The IPCC concludes that the frequency and intensity of heavy precipitation events have likely increased in Europe since the1950s, and therefore it is likely that this trend will continue during the 21 st century and due to the greater water-holding capacity of a warmer atmosphere (IPCC, 2012). Because intense precipitation events are important causes of floods, similar trends in extreme flooding events may likely be expected. Atmospheric Rivers (ARs) are narrow structures capable to transport intense horizontal water vapour transport over thousands of kilometres (Zhu & Newell 1998). These structures normally travel north-eastward in the extratropcis and have been said to triggers extreme hydrological events (precipitation, river-flooding, and landslides) (Lavers & Villarini 2013, Neimann et al. 2008). Linking these atmospheric structures with their impact is crucial to improve our capability to early warning, since its track can be predicted in advance. This Master thesis will deal with the analyses of AR and floods focused at improve warning system in the Iberian Peninsula Figure1: Atmospheric river structure impacting the Iberian Península.

46 2- Objectifs du travail de Master: The main objective of the master is to understand the linkages between floods events in mountain streams and AR in the central part of the Iberian Peninsula. Specifically, the study will focus on the determination of: i) causal linakges between AR, climate variables (precipitation and temperature) and flood events, ii) geomorphic controls related to dissimilar AR impacts in mountain streams, iii) and as an option based on the gathered knowledge, determination of possibilities to develop a statistical model for flood warning based on the arrival of AR. 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) State-of-art in the field and revision of literature: During this initial step, the student will focus on the gathering of basic knowledge on AR and flood processes. The student will study results and approaches from previous research linking floods and AR, especially from California and the United Kingdom. During this step, the student will also review basic references on fluvial geomorphology. 2) Gathering and managing the climate and gauge dataset: The student will use the freelyaccessible dataset for flow discharge to characterize flood events in several mountain catchments located in the central part of the Iberian Peninsula. ERA-Interim reanalyses data (available since 1979) will be used to extract the vertical integral water vapour and wind fields along the spatial domain. Basic Digital Elevation Models (10x10m) will be used to determine the major geomorphic (morphometric) features of each catchment. These data will then be used to perform the analyses needed to archive goals (i) and (ii). 3) Dataset analyses: The time-series of AR will be correlated with flow discharge data from different catchments. In an initial step, the student will correlate flow discharge of each catchment with the occurrence of AR and its magnitude. We will use different statistical approaches to test the hypothesis related to goal (i). These analyses will include the seasonality factor. Afterwards the student will deal with statistical models, test whether geomorphic/morphometric variables (i.e. aspect, altitude, relief, etc) or climate variables (temperature and cumulative precipitation) exert a control on AR and hence flood triggers. (Optional: based on the results, we will perform analyses using neuronal network to define a statistic algorithm to predict the occurrence of floods related to the arrival of AR). 4) Interpretation and writing procedure: In this final step, the student will critically review his/her results and discuss with the supervisor for interpretation. During this step, the student will review scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis. 4- Interdisciplinarité : The master thesis deal with the following disciplines related to ISE : climatology, geomorphology and statistics. It is expected that at the end of the master s program, the student gets a strong background in these fields. 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 6- Références Initiales (optionnel) : IPCC (2012) Managing the risks of extreme events anddisasters to advance climate change adaptation.

47 In:Field CB, Barros V, Stocker TF, et al. (eds) A SpecialReport of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge,UK,andNew York: Cambridge University Press, Lavers DA, Villarini G (2013) The nexus between atmospheric rivers and extreme precipitation across Europe. Geophysical Research Letters 40(12), Neiman PJ, Ralph FM, Wick GA, Lundquist JD, Dettinger MD (2008) Meteorological characteristics and overland precipitation impacts of atmospheric rivers affecting the west coast of North America based on eight years of SSM/I satellite observations. Journal of Hydrometeorology 9, Zhu Y, Newell R (1998) A proposed algorithm for moisture fluxes from atmospheric rivers. Monthly Weather Review 126, Lieu de travail et encadrement : Prof. Markus Stoffel and Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas (ISE climate group)

48 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Wood anatomical adjustments in Pinus sylvestris to peat vs. mineral soils in Lithuania 1- Problématique : In Lithuania, trees growing on peat soils show smaller growth rates and reach smaller maximum height than those growing on mineral soils because of the generally high water table that limits rooting space, but also due to lower nutrient levels. The climatic influence is mostly indirect through changes of the hydrology, which varies rather in a decadal then annual time frame. In contrast, mineral soil trees show a distinct inter-annual temperature signal. 2- Objectifs du travail de Master : The idea of this study is to zoom into the tree-ring level and investigate how the different growth constraints influence the xylem cells anatomical and functional properties. Under drought conditions the xylem may form wider tracheids with thinner walls to optimize the use of the limited available carbon (Eilmann et al., 2009), which is the prevailing element in the walls. However, we have little understanding about the construction strategy when there is too much water. In this study we aim at unravelling this mechanism and better understanding why trees on peat soils do not growth taller. In the peatsoil trees, stomata will stay open when water table is high, but carbon uptake will still be limited because of limitations in the rooting zone. What kind of anatomical change do we find? Do the trees also have to optimize conductance (one might think not because there is plenty of water, but maybe it cannot be taken up sufficiently because of anaerobic conditions in the rooting zone)? How are xylem anatomical properties related to climate variability and growth rates of the trees? 3- Déroulement :The requested tasks include preparing anatomical microsections with a microtome, capturing images, and measure all tracheid cells in the images using ROXAS ( von Arx and Carrer, 2014). A good overview of the entire procedure, but also about some ideas of analyzing the data can be seen at von Arx et al. (2015). Probably best would be to perform data collection at WSL, at least until the responsible person feels familiar with the techniques. This master thesis project is ideal for learning laboratory techniques and procedures related to quantitative image analysis. 4- Interdisciplinarité :This MSc topics links climate with groundwater level, biology and wood anatomy of trees and is thus highly interdisciplinary

49 5- Formation requise (optionnel) : 6- Références Initiales (optionnel) :Eilmann, B., Zweifel, R., Buchmann, N., Fonti, P., and Rigling, A. (2009). Drought-induced adaptation of the xylem in Scots pine and pubescent oak. Tree Physiology 29, Von Arx, G., and Carrer, M. (2014). ROXAS - a new tool to build centuries-long tracheid-lumen chronologies in conifers. Dendrochronologia 32, Von Arx, G., Stritih, A., Čufar, K., Crivellaro, A., and Carrer, M. (2015). "Quantitative Wood Anatomy: From Sample to Data for Environmental Research". Doi: /RG URL: 7- Lieu de travail et encadrement : ISE Geneva (climate group), plus possible research stays at the Swiss Federal Research Institute for Forest, Snow and Landscape Research (WSL) Birmensdorf; Prof. Markus Stoffel, Dr. Juan Ballesteros (ISE groupe climat); Georg von Arx, Patrick Fonti (WSL Birmensdorf)

50 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Multi-centennial tree-ring based climate reconstruction in the protected God da Tamagur (Engadine, Grisons) and Aletsch (Valais) stone pine forests Problematic and objectives of the study: Trees growing at latitudinal and elevational treeline forest locations, where tree growth is predominantly limited by temperature, have been demonstrated to be valuable, annually-resolved proxy to reconstruct past temperature fluctuations over long periods of the Holocene. These approaches are now recognized as one of the most valuable archives existing in paleoclimatology. In the Alps, at treeline, forest stands are composed of two main tree conifer species, namely Larix decidua Mill. (European larch) and Pinus cembra L. (Swiss stone pine). These species are characterized by very high longevity as they can live up to 1000 years, thus making them ideal candidates for climatic reconstructions. Over the last decade most multi-centennial tree-ring width temperature reconstructions in the Alpine region (Corona, 2010, 2011, Büntgen, 2004, 2005) have been developed using Larix decidua trees. The absence of significant and strong correlations between instrumental data and Pinus cembra treering width (TRW) chronologies has however so far prevented to derive robust climatic reconstructions from Pinus cembra. The present master thesis aims at investigating the potential of Pinus cembra trees to be used in climatic reconstruction through the development of cell wall thickness chronologies (CWT). This new parameter has indeed proven more efficient at capturing temperature signals than the more commonly used TRW chronologies. 2- Objectifs du travail de Master: During the master thesis, the students (up to 2 students could work on the data from the two sites) will learn the basics of dendrochronology and dendroclimatology. 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. (i) Fieldwork in August 2017 (God da Tamangur) (ii) Laboratory analyses and development of TRW and CWT chronologies (iii) Standardization: Prior to climate reconstruction, each individual tree-rings composing the

51 millennia-long chronologies will be detrended in order to eliminate non-climatic trends (e.g. age related growth trend) and to maximize climatic information. (iv) Calibration and Climate reconstruction: Temperature reconstructions will be obtained from detrended chronologies using calibration data. The quality and robustness of the reconstruction (i.e. in terms of predictive skills of the transfer function) will be assessed by computing the coefficient of determination (R 2 for the calibration and r 2 for the verification periods), the Reduction of Errors (RE) and Coefficient of Efficiency (CE) statistics 4- Interdisciplinarité : Master thesis at the crossroads between climatology, paleoclimatology, wood anatomy and statistics. 5- Formation requise (optionnel) : No specific background needed 6- Références Initiales (optionnel) : Stoffel, M., Khodri, M., Corona, C., Guillet, S., Poulain, V., Bekki, S., Guiot, J., Luckman, B.H., Oppenheimer, C., Lebas, N., Beniston, M., Masson-Delmotte, V., Estimates of volcanic-induced cooling in the Northern Hemisphere over the past 1,500 years. Nature Geoscience 8: Lieu de travail et encadrement : ISE (climate group) : Dr. Sébastien Guillet, Prof. Markus Stoffel

52 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Fluvial dynamics and river planform changes in Indian Himalayan Rivers 1- Problématique : Indian rivers are characterized by high average flood discharges and large temporal variability. There is also significant spatial variation in the magnitude, frequency and power of floods, on account of regional variations in monsoon rainfall, basin characteristics and channel geometry. As a result, the channel responses and the geomorphic effects also vary spatially. Understanding the nature of river dynamics and the causes and consequences of river planform change are not only of broad scientific interest, but also provide important information for land use planning, hazard zonation, and other disaster risk reduction strategies. The active channel shifts laterally, either by bank erosion or avulsion and these changes might incurred in considerable economic costs when infrastructures or populations are installed in the dynamic valley bottom. However, hazards related to channel dynamics are commonly neglected. Indeed, rather few are the studies which have analyzed in detail the magnitude of channel widening determined by extreme floods in Himalayan Rivers. 2- Objectifs du travail de Master : The aim of this work will be to better understand river dynamics in the Himalaya region, focusing on river widening, to analyse the factors controlling bank erosion processes. 3- Déroulement :Fluvial dynamics will be analysed by applying remote sensing techniques in order to assess changes in the fluvial systems (unfortunately no fieldwork is possible!). The analysis will be based on the assessment of the temporal changes in the spatial distribution of riparian vegetation and channel position. Trends will be identified and related to important flood events and other external drivers (e.g., human impacts). 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from environmental sciences, hydrology, geomorphology, remote sensing and GIS. 5- Formation requise (optionnel) : Motivated student, passion for rivers and previous experience with GIS and/or remote sensing techniques are an asset 6- Références Initiales (optionnel) :

53 [1] Carbonneau, P.E., Piégay, H., Fluvial Remote Sensing for Science and Management. A John Wiley & Sons Ltd. Publication, Wiley-Blackwell. 440 pp. [2] Oguchi, T., Wasklewicz, T., Hayakawa, Y.S., Remote Data in Fluvial Geomorphology: Characteristics and Applications. Treatise Geomorphol. 15, [3] Henshaw, A.J., Gurnell, A.M., Bertoldi, W., Drake, N. a., An assessment of the degree to which Landsat TM data can support the assessment of fluvial dynamics, as revealed by changes in vegetation extent and channel position, along a large river. Geomorphology 202, Lieu de travail et encadrement : Coaching: Dr. Virginia Ruiz-Villanueva, Prof. Markus Stoffel

54 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Fluvial habitat assessment by means of hydraulic modelling 1- Problématique : Geomorphic analyses involve mapping the shape of landforms to describe their spatial patterns, observing landforms over time to record their changes, exploring the drivers and mechanisms of landform change, and evaluating the responses of biological, chemical, and hydro- logical processes to morphologic changes. A common practice in fluvial geomorphology involves focusing on specific spatial scales at which landforms have characteristic features (Grant et al., 1990; Rosgen, 1996; Thomson et al., 2001). River topography is a continuous form, so to an extent the idea of breaking it down into discrete units may seem artificial and arbitrary (Kondolf, 1995). However, we have long understood that different landscape elements are responsible for different physical processes and biological functions, so it is worthwhile to explore morphological units in more detail and with more objectivity than has been attempted before (Wyrick et al., 2014). Morphological units are conjectured to be a basic unit for understanding physical processes and assessing instream habitat considering that ecohydraulic variables such as depth, velocity, shear stress, and substrate are closely controlled by the shape and structure of the landform over which they occur (Whiting and Dietrich, 1991; Newson and Newson, 2000; Thompson, 2006; Sawyer et al., 2010) so hydraulics can in turn be used as a proxy for identifying underlying morphological units and instream habitats (Wyrick et al., 2014). 2- Objectifs du travail de Master : The objective of this work will be to asses, identify and classify fluvial habitat based on hydraulic modelling in selected rivers in Switzerland 3- Déroulement :First of all a revision of the state of the art regarding stream habitat will be done to summarize and gain knowledge about stream habitat classification and assessment. Secondly the study sites will be selected and input data (mainly topographical and hydrological data) will be gathered. Hydraulic modelling will be done using two-dimension hydrodynamics models. 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from environmental sciences, hydrology, hydraulics, geomorphology and ecology. 5- Formation requise (optionnel) :Motivated student, passion for rivers and previous knowledge or experience with hydraulic modelling is an asset

55 6- Références Initiales (optionnel) : Kaufmann, P.R., Levine, P., Robison, E.G., Seeliger, C., and Peck, D.V.,1999,Quantifying Physical Habitat in Wadeable Streams, EPA/620/R-99/003: U.S. Environmental Protection Agency Lane, S.N., and Carbonneau, P.E., 2007, High resolution remote sensing for understanding instream habitat, in Wood, P.J., Hannah, D.M., and Sadler, J.P., eds., Hydroecology and Ecohydrology: Chichester, UK, John Wiley and Sons, p Kaufmann, P.R., Levine, P.,Robison, E.G., Seeliger, C., and Peck, D.V.,1999, Quantifying Physical Habitat in Wadeable Streams, EPA/620/R-99/003:U.S. Environmental Protection Agency Wyrick, J.R., Senter, a. E., Pasternack, G.B., Revealing the natural complexity of fluvial morphology through 2D hydrodynamic delineation of river landforms. Geomorphology 210, doi: /j.geomorph Lieu de travail et encadrement : Coaching: Dr. Virginia Ruiz-Villanueva, Prof. Markus Stoffel

56 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Quantifying the effect of geomorphic processes on ecosystem functioning in the Swiss Alps 1- Problématique :. Contemporary landscapes reflect the combined, interacting influences of present and past climates, geomorphic processes (GM), biota, and biogeochemical cycling (Phillips 1995). GM (i.e. sediment erosion, transport, and deposition) modulate landscapes through surficial erosion and sedimentation processes. At the same time, biota and biogeochemical cycling are responsible for the alteration of its properties (soil and sediments) and can modify the GM niche-dimensions of species habitat (sediment structure, texture, biogeochemical cycles, topography). Changes in GM niche-dimensions can, thus, affect the ecosystem structure and functioning, and consequently the related ecosystem services at the landscape level (Hahm et al. 2014). However, certain traits of living organisms or communities may significantly modify or modulate GM processes and have strong controls on landform dynamics, which have been called GM engineer organisms (Corenblit et al. 2011). In recent years, the discipline of biogeomorphology focused specifically on the analysis of biotic-abiotic feedbacks in highly dynamic environments such as rivers, coastal dunes, periglacial environments, hillslopes or glacier forelands/moraines (see Corenblit et al. 2011). However, despite increasing numbers of biogeomorphic studies, feedbacks between soils and sediment erosion, sedimentation and biota still remain vague, and thus represent a major scientific challenge (Corenblit et al. 2011). In particular, it remains unclear how global climate change will modify these feedback mechanisms at different spatio-temporal scales (Philips 1995) within contrasting environments. This master thesis is designed to quantify traits related to plant, shrubs and trees and GM in the Swiss Alps. Analyses will include the dissimilar geomorphic rate activity at different sites for which data has already been collected. Work will focus on debris flow fans in Zermatt valley. 2- Objectifs du travail de Master The main objective of this Master thesis is to contribute to the quantification of the functional diversity and to the identification of plant traits related to contrasting GM activity. Therefore, given that biota adjust in response to changes in resource supply and abiotic stresses, we will perform systematic analyses of plant-gm engineering traits at selected sites with different degrees of GM disturbances which may modify the characteristics of niches. This strategy will allow to test contrasting hypotheses, such as climate change impacts on GM processes and local biodiversity GM process interactions (at smaller scales). This idea benefits from the unique capacity of tree-ring data to be up-scaled from experimental sites.

57 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) State-of-art and data collection: During the initial step, the student will focus on the gathering of basic knowledge on the field, especially related to those studies describing the adaptability of trees (or plant traits) to geomorphic processes. The student will collect the basic information of each selected site, such as climate data (precipitation and temperature), geomorphic and vegetation mapping, debris flow activity, etc. The outcomes of this step will be: 1) the selection of specific plant traits to be measurement, 2) the compilation of environmental and geomorphic data for each site; and, 3) the design of specific sampling plots. 2) Field measurements: During this step, the student will measure morphological, biomechanical and physiological traits that are potentially involved with the adaptation and survival of vegetation to a particular GM process in the field. For example, we may consider both above- and below-ground plant traits in a spatial context of two different scales: a large scale context using a subset of National Forest Inventory data and a local-scale context using in-situ field measurements of plant traits at each study site. Examples of traits to be potentially surveyed are: Root Area Ratio (RAR), Root Tension (RT), stem length (SL), stem diameter (SD), Specific Leaf Area (SLA), Specific Plant Biomass (SPB), etc. 3) Statistical analyses: During this step, the student will statistically analyse the dataset under. Functional diversity will be assessed in its two main facets: i.e. functional dispersion or the variety of traits weighted by the relative abundances of species, and functional identity or the identity of dominant traits within communities. The student will be coach on statistical modelling using R software. We specifically will use structural equation modelling (SEM) framework where the effects between GM processes and functional diversity/identity are expected to be bidirectional. 4) Interpretation and writing procedure: In this final step, the student will critically review his/her results and discuss with the supervisor for interpretation. During this step, the student will review scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis. 4- Interdisciplinarité : The master thesis deals with the following topics: environmental sciences, geomorphology, ecology and statistics. It is expected that at the end of the master s program, the student gets a strong background in these fields. 5- Formation requise (optionnel) : 6- Références Initiales (optionnel) : Corenblit et al. (2011). Feedbacks between geomorphology and biota controlling Earth surface processes and landforms: A review of foundation concepts and current understandings. Earth-Science Reviews, 106(3), Hahm et al., (2014). Bedrock composition regulates mountain ecosystems and landscape evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(9), Phillips JD. (1995). Biogeomorphology and landscape evolution: the problem of scale. Geomorphology, 13(1), Lieu de travail et encadrement : Prof. Markus Stoffel and Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas (ISE climate group)

58 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Geomorphic change detection of rockfalls and debris flows in periglacial environments: What can drone flights reveal - what can high resolution photographs from the valley bottom contribute? 1- Problématique : Periglacial, slopes are highly dynamic systems. Due to difficult accessibility, monitoring of processes over larger surfaces (i.e. at the scale of entire slopes) is challenging, but fundamental in terms of process understanding and for the detection of triggering mechanisms. The MSc students will use time series of unmanned aerial vehicle (UAV) and high resolution, ground-based photography (GigaPan) to provide answers to the research questions. 2- Objectifs du travail de Master : -> Acquisition, analysis and interpretation of remotely sensed data from drone flights in a highelevation permafrost site and GigaPan photograps from valley bottom -> Comparison of pros and cons of both techniques -> Understanding process activity and triggers by relating activity to climate data. 3- Déroulement :During the course of the Master study, repeated remote sensing campaigns will be conducted to aquire several generations of data. If possible, the master thesis should thus be planned over the course ot two years. 4- Interdisciplinarité :The study involves aquisition and processing of data (remote sensing), detection and interpretation of changes (geomorphology) and relating the changes to climatic data. 5- Formation requise (optionnel) : Certificat en Géomatique (not necessarily completed) 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Zermatt valley (Valais) ; supervisors : Prof. Markus Stoffel, Michael Fehlmann (ISE, groupe climat)

59 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE: Hillslopes-channel connectivity and implications for fluvial processes 1- Problématique : Sediment connectivity is the linkage, which controls sediment fluxes throughout the landscape from its source the a sink (Bracken et al., 2015). Cavalli et al. (2013a) underlines the importance of the assessment of sediment connectivity in alpine headwaters, where»complex and rugged morphology, and heterogeneity in type, extent and location of sediment sources cause large variability in the effectiveness of sediment transport processes.«the morphological conditions in alpine headwaters control the spatial sediment connectivity through hillslope channel coupling and decoupling, and through sediment transfer along the channel network. The transport of sediments in catchments occurs on hillslopes, between hillslopes and channel, and within the channel (Bracken et al., 2015). Therefore, many processes are involved in the transportation of sediments. Benda et al. (2004) lists debris flows, normal runoff floods and flash floods as the tree main types of processes that are responsible for transporting sediment down tributaries to confluences with the main stream.»these processes often create depositional fans where tributary channels enter lower-gradient and wider channels or valleys«(benda et al., 2004). 2- Objectifs du travail de Master : The objective of this work will be to better understand hillslopes-channel connectivity at different mountain basins in Switzerland affected by different human impacts 3- Déroulement :To assess the sediment connectivity in the study site, the SedInConnect 2.0 tool developed by Cavalli et al. (2013a) will be used. The tool was developed to model sediment pathways dealing with debris flow and channelized sediment transport and is based on the sediment connectivity index proposed by Borselli et al. (2008). Field mapping is an essential step for the calibration of the model (finding thresholds for defining coupling/decoupling behavior), and in order to better represent the active processes at catchment scale. 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from environmental sciences, geomorphology, remote sensing and GIS. 5- Formation requise (optionnel) :Motivated student, passion for geomorphological processes and rivers; previous experience with GIS and/or remote sensing techniques are an asset

60 6- Références Initiales (optionnel) : Cavalli, M., Trevisani, S., Comiti, F., Marchi, L., Geomorphometric assessment of spatial sediment connectivity in small Alpine catchments. Geomorphology 188, doi: /j.geomorph Crema, S., Schenato, L., Goldin, B., Marchi, L., Cavalli, M., Toward the development of a standalone application for the assessment of sediment connectivity XX, 1 4. Wohl, E., Rathburn, S., Chignell, S., Garrett, K., Laurel, D., Livers, B., Patton, A., Records, R., Richards, M., Schook, D.M., Sutfin, N. a., Wegener, P., Mapping longitudinal stream connectivity in the North St. Vrain Creek watershed of Colorado. Geomorphology. doi: /j.geomorph Taylor, P.D., Fahrig, L., Henein, K., Merriam, G., Connectivity is a vital element of landscape structure. Oikos 68, doi: / Lieu de travail et encadrement : Coaching: Dr. Virginia Ruiz-Villanueva, Prof. Markus Stoffel

61 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Fluvial dynamics in the Beas and Sutlej Rivers Basins (Indian Himalayas) 1- Problématique : Indian rivers are characterized by high average flood discharges and large temporal variability. There is also significant spatial variation in the magnitude, frequency and power of floods, on account of regional variations in monsoon rainfall, basin characteristics and channel geometry. As a result, the channel responses and the geomorphic effects also vary spatially. Understanding the nature of river dynamics and the causes and consequences of river planform change are not only of broad scientific interest, but also provide important information for land use planning, hazard zonation, and other disaster risk reduction strategies. The active channel shifts laterally, either by bank erosion or avulsion and these changes might incurred in considerable economic costs when infrastructures or populations are installed in the dynamic valley bottom. However, hazards related to channel dynamics are commonly neglected. 2- Objectifs du travail de Master : Fluvial dynamics will be analysed by applying remote sensing techniques in order to assess changes in the fluvial systems. The analysis will be based on the assessment of the temporal changes in the spatial distribution of riparian vegetation and channel position. Trends will be identified and related to important flood events. 3- Déroulement :This work does not have any fieldwork component, the work is realized indoors 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from hydrology, morphology, environmental sciences and remote sensing and GIS. 5- Formation requise (optionnel): Previous experience with GIS and/or remote sensing techniques 6- Références Initiales (optionnel) : [1] Carbonneau, P.E., Piégay, H., Fluvial Remote Sensing for Science and Management. A John Wiley & Sons Ltd. Publication, Wiley-Blackwell. 440 pp. [2] Oguchi, T., Wasklewicz, T., Hayakawa, Y.S., Remote Data in Fluvial Geomorphology: Characteristics and Applications. Treatise Geomorphol. 15, [3] Henshaw, A.J., Gurnell, A.M., Bertoldi, W., Drake, N. a., An assessment of the degree to which Landsat TM data can support the assessment of fluvial dynamics, as revealed by changes in vegetation extent and channel position, along a large river. Geomorphology 202, Lieu de travail et encadrement : ISE (climat) ; supervision: Prof. Markus Stoffel, Dr. Virginia Ruiz- Villanueva

62 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Flood hazard assessment in the Jhelum River (Kashmir, India) 1- Problématique: The Indian Himalayan Region (IHR) has repeatedly been affected by extreme torrential floods over the past few years with substantial economic losses and excessive death tolls not far from persons. In Kashmir, specifically, the most recent events on record are the flood in September 2014, March 2015 and 2017 in the Jhelum River and tributaries, killing a significant number of persons and causing substantial economic losses. Recent investigation has revealed that these extreme flood events have recurrently took place during last centuries, forcing even to shift the location in the past of the main city, Srinagar. These floods have recurrently affected crops causing economic losses and intense famines. In the future, the effect of both climate change and the galloping economic development in the region and intense land use changes resulting in a decrease of flood laminate functioning of existing lakes. Historical archives also suggest the past implementation of several measures to mitigate the flood impacts. However, the Indus Water Treaty signed between Pakistan and India during the 1960s currently limits the implementation of large structural measures (such as dams) to prevent flood damage. Moreover, these infrastructures may be not feasible due to technical reasons and high seismicity in the area. These facts oblige to development soft measures, mostly based on flood hazard zonation and early warning systems to mitigate the impact of future extreme floods. In this regards, robust hydraulic models are the basis of these measurements since provide the information for zonation, definition of evacuation paths and early warning target sites. This MSc thesis will develop the hydraulic model of the Jhelum River and test, based on historical data and the current situation, the reliability of selected measures. Moreover, outputs of this model will be used for flood hazard zonation, definition of evacuation routes and early warning target sites. 2- Objectifs du travail de Master : Example of flood hazard definition based on hydraulic models (Bodoque et al., 2016)

63 The main objective of the master is to develop a robust hydraulic model of the Jhelum river at Kashmir, as a basis of: i) testing potential soft-measurement to mitigate the flood risk in the main cities, ii) create the basis for flood hazard zonation and targeting the early warning system 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) Historical archives: During this initial step, the student will focus on the gathering of historical information from available datasets. The student will focus on describing the implemented infrastructures such as dragging, weirs and small check dams. The student may interact with engineers of the Flood and Irrigation Control Department in Kashmir if needed. 2) Gathering and managing the topographic, land use and gauge dataset: The student will collect available local information (already existing at the Department) on topography, land use and flow gauges. At this stage, the student will use the existing flood quantile estimation based on merging the flow records and historical flood events. Moreover, the student will use the free-accessible climate and topographic dataset to build a robust DEM. 3) Hydraulic modelling: The student will compile all the topographic information in an GIS and generate the different measurement - topographic scenarios. This information will be implemented in two dimensional hydraulic models to run the flood-quantiles previously defined (the supervisor will coach the student on how to use these numerical models). Model outputs such as water depth and flow velocity will be then analysed for hazard zonation and to investigate the reliability of the pre-defined measurements strategies. Moreover, the student may define potential evacuation routes as well as communicating strategies for early warning in most conflictive zones. 4) Interpretation and writing procedure: In this final step, the student will critically review its results and discuss with the supervisor for interpretation. During this step, the student will review specific scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis. 4- Interdisciplinarité : The master thesis deal with the follow environmental science disciplines: hydrology, natural hazards and statistic. It is expected that at the end of the master program, the student gets stronger knowledge on numerical modelling, specifically on two dimensional hydraulic models. 5- Formation requise (optionnel) :Bachelors in Sciences de la Terre et de l'environnement 6- Références Initiales (optionnel) : Ballesteros-Cánovas, J.A., Sanchez-Silva, M., Bodoque, J.M. and Díez-Herrero, A., An integrated approach to flood risk management: a case study of Navaluenga (Central Spain). Water resources management, 27(8), pp Bodoque, J.M., Amérigo, M., Díez-Herrero, A., García, J.A., Cortés, B., Ballesteros-Cánovas, J.A. and Olcina, J., Improvement of resilience of urban areas by integrating social perception in flash-flood risk management. Journal of Hydrology, 541, pp Chiang, P.K. and Willems, P., Model conceptualization procedure for river (flood) hydraulic computations: case study of the Demer River, Belgium. Water resources management, 27(12), pp Lieu de travail et encadrement : Prof. Markus Stoffel and Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas

64 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Assessing climate change impacts on hydropower dams in the Swiss Alps 1- Problématique : Several studies suggest that climate change will affect significantly the cryosphere, resulting in changes in runoff as well as altered geomorphic processes. On the other hand, an increasing trend in electric demand is expected, despite large improvements in use efficiency. Switzerland has more than 604 hydropower stations located in headwater catchments, which account for 55% of annual electric generation. In mountain region, climate projection provided by Regional Climate Models suggests an important increase in mean and extreme temperatures, whereas projections of precipitation changes are more uncertain. The occurrence of hydrogeomorphic processes is also expected to change (Stoffel et al., 2014). Both factors, together with other economic and financial pressures, will clearly stress future performance of hydropower stations and call for an analysis of these changes and potential impacts these might have in economic terms (Gaudard et al., 2014). The approach we suggest to use is the Life-Cycle Assessment (LCA) as it integrates time-dependent behavior of structural systems affected by external shocks, their maintenance and operability. Such an approach may be used to combine the cumulative effects of extreme events and progressive degradation affecting the design capacity of structures. LCA analyses have been widely used in engineering and environmental studies to support decision-making processes based on reliability concepts (Ballesteros-Canovas et al., 2016). LCA analyses also enable inclusion of uncertainties inherent throughout the analysis (Sanchez-Silva et al. 2011). In this MSc thesis, the student will use existing climate projections as well as historical hydropower performance data to assess the future LC of hydropower systems. The student will focus specifically on the definition of progressive system deterioration functions and the inclusion of changes in runoff as well as potential increases in the occurrence of intense events (floods and debris flows). Among others, we will test the hypothesis whether potentially increasing maintenance costs will contribute to imbalance regarding expected economic benefits. 2- Objectifs du travail de Master : The main objective of the master is to apply an LCA analyses to study future performance of hydropower systems under CC projections: i) to identify future impacts on hydropower system by changes in runoff and hydro-geomorphic process activity,, ii) to define, based on existing datasets, the progressive deterioration function of critical elements in hydropower systems 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) State-of-art in the field and revision of literature: During this initial step, the student will focus on the gathering of basic knowledge on LCA and hydropower dams in Switzerland. The student will collect climate projection data as well as the historical records (and expected changes thereof) on

65 runoff and hydro-geomorphic processes. During this step, the student will also collect historical records on hydropower station performance. Based on this data, the student will identify causes and potential progressive deterioration rates of the studied system. 2) Analysing the impact of CC on hydropower performance: Based on the information gathered during the previous step, the student will analyse the potential causal relations between climate and electric generation during the historical records, paying attention to the quantification of uncertainties and the impact of extreme events (floods). The socioeconomic and ecological criterion in the historical period will be also considered, as they could also stress the performance of the system. This information will be the basis to define future scenarios that will be used in the LCA. 3) Lie-cycle assessment: Integration of all data into a stochastic LCA to test the reliability of the infrastructures under CC scenarios. Based on this model, we will test the hypothesis of maintenance cost. We will use several statistical procedures to test the reliability of results. 4) Interpretation and writing procedure: In this final step, the student will critically review his/her results and discuss with the supervisor for interpretation. During this step, the student will review scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis. 4- Interdisciplinarité : The master thesis deals with the following topics: environmental sciences, economics, hydrology and statistics. It is expected that at the end of the master s program, the student gets a strong background in these fields. 5- Formation requise (optionnel) : 6- Références Initiales (optionnel) : Ballesteros Cánovas J.A et al., (2016). Debris-flow risk analysis in a managed torrent based on a stochastic lifecycle assessment, Science of the Total Environment 558: Gaudard, L., Romerio, F., Dalla Valle, F., Gorret R., Maran S., Ravazzani, G., Stoffel, M., Volonterio M. (2014): Climate change and hydropower: Comparison of case studies and methodologies. Science of the Total Environment 493, Sanchez-Silva M, Klutke GA, Rosowsky DV. (2011) Life-cycle performance of structures subject to multiple deterioration mechanisms. Struct Safety;3: Stoffel, M., Tiranti, D., Huggel, C. (2014): Climate change impacts on mass movements case studies from the European Alps. Science of the Total Environment 493, Lieu de travail et encadrement : Prof. Markus Stoffel and Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas (ISE climate group), Dr. Ludovic Gaudard

66 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Root-based reconstruction of sheet erosion rates in Mediterranean badlands 1- Problématique : Sheet erosion processes are an important factor of land soil degradation. This process affects mainly arid or semi-arid areas, but is well represented in other environmental contexts with highly seasonal weather and intense geomorphic activity as well. Erosion is a highly irregular process, controlled mainly by geology, climate, topography, changes in vegetation cover (land use) and/or human activities. Worldwide, erosion processes have an important impact on hydrology, nutrients, and the carbon cycle. Quantifying rates of erosion is a global issue with large economic and ecological implications. Yet, limited knowledge about erosion processes at different spatio-temporal scales as well as lack of information on their environmental drivers is still recognized. This MSc thesis deals with the use of bio-indicators (i.e. tree-ring analyses from exposed roots) to estimate medium-term erosion rates in a forested Mediterranean badland (Spanish Central System). Exposed roots and buried trees will allow estimation of erosion and sedimentation rates, respectively, with (sub-)annual precision over decadal timescales, as roots modify their cellular anatomy once they are exposed, thus permitting the detection of the first year of exposure (Stoffel et al., 2013). Reconstructed erosion rates at multi-decadal scales will be the basis to study their environmental controls. We expect to identify linkages between erosion rates, climate, and geomorphic connectivity which will be useful for catchment-scale numerical modeling. 2- Objectifs du travail de Master : The main objective of the master is to reconstruct erosion rates and to understand their relationship with geomorphic connectivity and climate anomalies. Specifically, you will focus on: (i) reconstruction of erosion and sediment rates using exposed roots and buried trees, (ii) investigation of geomorphic connectivity states and their relation with reconstructed erosion (sedimentation) rates, (iii) investigation as an option of the data gathered in the field as an input for landscape evolution modeling. 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) State-of-art in the field and revision of literature: During this initial step, the student will focus on the gathering of basic knowledge on erosion rates and exposed roots bibliography (dendrogeomorphology). The student will study results and approaches from previous research, with a focus on geomorphic connectivity in badlands. The student will search for ways to include the data into badlands evolution models. 2) Reconstructions using exposed roots: In the field, exposed roots will be sampled. The student

67 will record environmental information and micro-topography for erosion rate reconstruction. In the lab, the student will prepare the samples and tree-ring records will be analysed to determine years of exposure. Erosion rates will be reconstructed for each exposed root-location and all the information will be statistically managed. 3) Climate, geomorphic and statistical analyses: Based on aerial picture series and highly-resolved digital elevation model, we will study the geomorphic connectivity within badland site. For that end, GIS procedures will be applied to compute connectivity indexes. Climate variables for the study area will be collected and managed. The hypothesis about relations between reconstructed erosion rates, connectivity index and climate variables will be tested based on statistical models. 4) Interpretation and writing procedure: The student will critically review his/her results and discuss with the supervisor for interpretation. During this step, the student will review scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis. 4- Interdisciplinarité : The MSc thesis deals with the following disciplines: environmental sciences, geomorphology and statistics. It is expected that at the end of the master s program, the student gets a strong background in these fields. 5- Formation requise (optionnel) : No specific formation requirement, but highly motivated person required; availability to perform field surveys in Spain. 6- Références Initiales (optionnel) : Stoffel, M., Corona, C., Ballesteros Canovas, J. A., Bodoque del Pozo, J. M. (2013): Dating and quantification of erosion processes based on exposed roots. Earth-Science Reviews 123: Lieu de travail et encadrement : Prof. Markus Stoffel and Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas (ISE climate group)

68 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Islands in Swiss Rivers: Riparian vegetation and island formation in rivers with different human impacts 1- Problématique : Once common in European rivers, in the late historical times islands were almost completely eliminated from the rivers. Today they occur in rivers that have avoided major human impact or in response to a reduction in flow and sediment dynamics. Island-braided river reaches support rich fauna, with high species richness in such reaches shown for fish, benthic macroinvertebrate, amphibian and ground beetle communities. Re-establishing of islands may be a relatively fast and cost-effective means of the restoration of hydromorphologically degraded rivers but its effective use in the restoration requires highlighting several aspects related to island inception, development and persistence as well as environmental significance. Flood disturbances are a key control on vegetation establishment and survival in rivers as they recruit and deposit on channel bars large vegetative particles that initiate the formation of islands. On the other hand, they can topple growing plants and laterally erode islands. Moreover, where the energy of flood flows is too high, it can either prevent island development or lessen island size. Hitherto existing concepts of vegetation succession within river floodplains emphasize the role of pioneering herbaceous plants in vegetation encroachment onto exposed riverine sediments. However, a large body of evidence has been collected, showing that island inception in mountain rivers is rather related to the deposition of large wood in their channels. 2- Objectifs du travail de Master : The objective of the present study will be to analyse how species richness of plant communities change through the sequence of island development stages. In addition, changes in the characteristics of islands over a medium-term period along different river reaches which have suffered different human impacts will be analysed. 3- Déroulement :The first step will be to define particular development stages of vegetated islands based on the available literature, and apply the obtained classification to the study sites. Different rivers will be selected across Switzerland. Field surveys will be done to measure and characterize islands in the different rivers. Tree species, density and age will be carried out in the field, doing an inventory and taking samples that will be analysed in the laboratory. Analyses will be completed with GIS and aerial pictures. 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from environmental sciences, geomorphology, hydrology, ecology, forestry and GIS.

69 5- Formation requise (optionnel) :Motivated student, passion for rivers, previous knowledge on fluvial dynamics, riparian forest and experience with GIS are an asset. 6- Références Initiales (optionnel) : Bennett, S.J., Andrew, S Riparian Vegetation and Fluvial Geomorphology. Wiley. DOI: /WS008 Fetherston, K.L., Naiman, R.J., Bilby, R.E., Large woody debris, physical process, and riparian forest development in montane river networks of the Pacific Northwest. Geomorphology 13, Gurnell, A. M., Petts, G. E., Hannah, D. M., Smith, B. P. G., Edwards, P. J., Kollmann, J., Ward, J. V. and Tockner, K. (2001), Riparian vegetation and island formation along the gravel-bed Fiume Tagliamento, Italy. Earth Surf. Process. Landforms, 26: Mikus, P., Wyzga, B., Kaczka, R.J., Walusiak, E. and Zawiejska, J., Islands in a European mountain river: linkages with large wood deposition, flood flows and plant diversity. Geomorphology, 202, Lieu de travail et encadrement : Coaching: Dr. Virginia Ruiz-Villanueva, Prof. Markus Stoffel

70 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Spatio-temporal channel changes in the near natural braided river Sense (Switzerland): applications of Drones to analyse fluvial processes 1- Problématique : Gravel-bed braided rivers are dynamic systems in which mainly flow, vegetation and sediment regime interact to form the rich mosaic of physical habitat characteristics of such fluvial landscapes. Braided rivers have been affected over the last century by several human activities, which induced a widespread change of the braiding through less dynamic pattern. However, rivers do not all behave in the same manner. The River Sense represents one of the last unregulated rivers in Switzerland where hydrographic events are driven by snowmelt and precipitation events without any power schemes or major flow diversion works. Around 23 km of the total 35 km of the main stem length of the River are mostly in a morphologically pristine status, characterized by braided and meandering morphologies. Another part of its length flows through agricultural and urbanized landscape, where the channel is partially channelized. Therefore the Sense provides an opportunity to investigate interactions between hydrology, geomorphology, and ecology, and it symbolizes one of the few large European rivers in a relatively natural setting. 2- Objectifs du travail de Master : The objective of the present study will be to assess the role of floods and human impacts on the braided riverscape patterns. 3- Déroulement :Data will be acquired from repeated observations (aerial pictures, topographical maps, remote sensing, etc.) and fieldwork. Historical and recent observations (taken by a Drone) will be combined to analyse changes after flood events. In addition with the recent aerial pictures and the structure from motion technique, digital elevation models will be analyse to better asses morphological changes and sediment dynamics. 4- Interdisciplinarité :The work integrates knowledge and methods from environmental sciences, geomorphology, hydrology, and remote sensing and GIS. 5- Formation requise (optionnel) : Motivated student, passion for rivers, previous knowledge on fluvial dynamics and experience with GIS and/or remote sensing techniques are an asset. 6- Références Initiales (optionnel) :

71 Brierley, G.J., Fryirs, K.A., Geomorphology and River Management: applications of the river styles framework. BLACKWELL PUBLISHING. Carbonneau, P.E., Piégay, H., Fluvial Remote Sensing for Science and Management. Fluv. Remote Sens. Sci. Manag. doi: / Rinaldi, M., Amponsah, W., Benvenuti, M., Borga, M., Comiti, F., Lucía, A., Marchi, L., Nardi, L., Righini, M., Surian, N., An integrated approach for investigating geomorphic response to extreme events: methodological framework and application to the October 2011 flood in the Magra River catchment, Italy. Earth Surf. Process. Landforms n/a n/a. doi: /esp.3902 Belletti, B., Dufour, S., Piégay, H., Regional assessment of the multi-decadal changes in braided riverscapes following large floods (example of 12 reaches in South East of France). Adv. Geosci. 37, doi: /adgeo Lieu de travail et encadrement : Coaching: Dr. Virginia Ruiz-Villanueva, Dr. Markus Stoffel

72 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Tracking river pollution caused by mining activities based on tree-rings analyses in southern Spain 1- Problématique Human activities such as mining have contributed to modify significantly landscapes during the last centuries. These activities have often caused a deterioration of ecosystems due to difficulties in managing waste coming from mining activities. In these areas, various metals and contaminants are continuously incorporated to the water cycle, thereby affecting downstream ecosystems. Moreover, the failure of tilling dams has repeatedly led to human-induced disaster with irreversible impacts. Understanding and quantifying the ecological state of river corridors affected by mining is thus a major issue for ecological restoration purposes. The Hesperian Massif is located in southern Spain and hosts massive sulphide deposits which have been exploited over the last 5000 years by humans. In this particular place, pyrite is abundant (both in mine waste and rock outcrops), and acid mine drainage is widely present. The Odiel River runs across this Iberian Pyrite Belt and drains to the Atlantic Sea close to the Doñana National Park. Several mining spots are located in the middle of the river course, which has been used as a washing system. Moreover, many infrastructures have been built along the river corridor, therefore imposing an artificially river flow regime. Several studies have been carried out in this region to understand and quantify the nature and dynamics of polluted sediments in the Odiel River. Recently, Buzzi et al. (2014) have performed field assessments and airborne imaging spectroscopy to characterize the polluted areas. They mapped mineralogical changes in sediments over three non-consecutive years, and concluded that changes observed corresponded to climate parameters, water dynamics and distance to the sources of contamination in a complex pattern. Yet, existing outcomes are limited to a few years and therefore limit the assessment to a short temporal scale. The particularity of the Odiel River is that a well-developed pine forest covers the river corridor and thus grows on its sediments. This circumstance opens the possibility to extend these observations by applying chemical analyses to tree-ring records and therefore try to understand pollution levels in a longer temporal perspective as well as their linkage to climate and phases of human activities (Smith, 1996). Dendrogeochemistry deals with the analyses of environmental chemistry to the year in which a tree ring has been formed. Due to the high resolution of the proxy, it has been applied to numerous publications on the impact of anthropogenic pollution, but also the impact of volcanoes (Pearson et al 2006).

73 Figure 1: Location of the Odiel River at the southern part of Spain, as well as description and oblique view of the river corridor (Figure modified from Riaza et al., 2017). 2- Objectifs du travail de Master The main goal of this MSc thesis is to assess the long-term metal contamination of the Odiel River based on dendrogeochemical analysis of trees growing on fluvial sediments. This MSc works aims at improving our understanding to decipher whether climate or fluvial dynamics have played a major role in the current situation at Odiel River. Outcomes could be relevant to design future restoration strategies. This master thesis will also benefit from field-based assessments carried out by Buzzi et al. (2014), which can be used as control information. 3- Déroulement :The master thesis is divided into four major methodological steps : 1) State-of-the-art in the field and revision of literature: During this initial step, the student will focus on the gathering of basic knowledge on dendrogeochemistry and research related to the studied site. The student will also collect all available information related to human activities (especially mining), geomorphology, geology, and climatology. Specifically, the student will collect existing information related to the field-based assessment, sediment typology and sediment pollution. 2) Field sampling procedure: A field survey will be carried out. During this fieldwork, the student will sample the existing trees with increment borers. The dendrolab.ch staff will coach the student in specific tree-ring methodologies. Additionally, sediment samples will be collected. Samples will be analysed in the laboratories of the Department F.-A. Forel. 3) Tree-ring analyses: First, wood samples will be analysed to assure the perfect dating of each treering series. These steps include the preparation of the samples i.e. sanding, polishing, and cutting as well as the measurement of tree-ring widths. Individual growth chronologies will be developed and then cross-dated. 4) Chemical assessment: The concentrations of various metals will be analysed in both wood samples and sediment by using standard digestion procedures and metal analysis at the Environmental Biogeochemistry and Ecotoxicology lab under the supervision of specialized researchers. 5) Interpretation and writing: In the final step, the student will critically review his/her results and discuss with the supervisors for interpretation. During this step, the student will review scientific references aimed to support the results. Finally, the student will design and write the master thesis.

74 4- Interdisciplinarité : This is a highly interdisciplinary project with strong emphasis on the following topics: environmental sciences, tree-rings, ecology, chemistry and hydrology. It is expected that at the end of the master s program, the student gets a strong background in river ecology, tree-ring research and environmental chemistry. 5- Formation requise (optionnel) :A background education (bachelor) in environmental sciences or comparable is required. 6- Références Initiales (optionnel) : Buzzi, J., Riaza, A., García Meléndez, E., Carrère, V. and Holzwarth, S., Monitoring of river contamination derived from acid mine drainage using airborne imaging spectroscopy (HyMap DATA, SOUTH WEST SPAIN). River Research and Applications, 32(1), pp Pearson, C.L., Manning, S.W., Coleman, M. and Jarvis, K., A dendrochemical study of Pinus sylvestris from Siljansfors Experimental Forest, central Sweden. Applied geochemistry, 21(10), pp Riaza, A., Buzzi, J., García-Meléndez, E., del Moral, B., Carrère, V. and Richter, R., Monitoring salt crusts on an AMD contaminated coastal wetland using hyperspectral Hyperion data (Estuary of the River Odiel, SW Spain). International Journal of Remote Sensing, 38(12), pp Smith, K.T. and Shortle, W.C., Tree biology and dendrochemistry. Tree Rings, Environment, and Humanity (Dean JS, Meko DM, Swetnam TW, eds). Tucson, AZ: Radiocarbon, pp Lieu de travail et encadrement : Department F.A. Forel for Environmental and Aquatic Sciences Uni Carl Vogt and 4 th floor Sciences II; Supervision: Dr. Juan A. Ballesteros-Cánovas (Juan.Ballesteros@unige.ch); Prof. Vera Slaveykova (vera.slaveykova@unige.ch); Prof. Markus Stoffel (Markus.Stoffel@unige.ch). Additionally, Dr. Jorge Buzzi (j.buzzi@igme.es; Spanish Geological Service) will support the student during data collection and results interpretation.

75 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER PAC centralisée sur eaux usées : performance énergétique réelle d un système implémenté sur un complexe d immeubles Minergie 1- Contexte A Genève, le plus grand potentiel de réduction des émissions de CO 2 se situe dans le secteur de l approvisionnement en chaleur des bâtiments, qui représente par ailleurs près de la moitié de la consommation d énergie finale délivrée aux consommateurs. En 2014, la consommation d énergie de ce secteur (corrigée climatiquement) se chiffre à 5'444 GWh ou 40.6 GJ/hab, et est essentiellement basée sur les combustibles fossiles. Une des options pour valoriser des ressources renouvelables locales consiste à utiliser des pompes à chaleur (PAC). Aujourd hui, cette filière représente moins de 1% de la production de chaleur du Canton. Cependant, un ensemble de scénarios prospectifs développés récemment (Quiquerez, 2016) montre que le développement des PAC, en combinaison avec d autres filières de production tels que la géothermie de moyenne profondeur, le développement de réseaux de chauffage à distance, ainsi que la réduction de la demande du parc de bâtiments, permettraient de réduire à environ 1 t/hab les émissions de CO 2 liées au chauffage des bâtiments, un niveau compatible avec les objectifs 2035 de la politique énergétique. A cet égard, il est cependant crucial de connaître et maîtriser d une part les performances réelles de systèmes de PAC, en situation d usage ; d autre part, la demande thermique effective de bâtiments à haute et très haute performance énergétique, en condition d utilisation. Ces points sont particulièrement cruciaux en ce qui concerne les bâtiments résidentiels collectifs, qui représentent à Genève 79% de la surface résidentielle, contre 21% pour les villas. 2- Objectifs du travail de Master Ce master s inscrit dans le cadre d un projet de recherche concernant un complexe de 7 immeubles HBM de haute et très haute performance énergétique (Minergie et Minergie-P), équipés d un système innovant de pompe à chaleur centralisée sur eaux usées. Dans le cadre de cette étude de cas il s agira d établir la performance énergétique du système de production de chaleur (pompe à chaleur centralisée sur eaux usées) en situation réelle d utilisation et dégager des pistes d amélioration possibles.

76 Sur la base des résultats et d une revue de littérature, il s agira en un deuxième temps de dégager des pistes sur les potentiels et les contraintes d utilisation des systèmes pompe à chaleur sur chaleur fatale, et plus spécifiquement sur eaux usées, en particulier dans le résidentiel collectif. 3- Déroulement : Le candidat développera les points ci-dessous, de façon plus ou moins approfondies, selon ses affinités et en accord avec les directeurs du travail : Analyser le projet sur la base des divers rapports, ainsi que via des contacts privilégiés avec les divers acteurs (exploitant, propriétaires, commune). Analyser le fonctionnement du système sur la base de mesures détaillées. Les données proviendront du système de régulation des installations, complétées si nécessaires par des mesures spots. Etablir le bilan énergétique sur l ensemble de la chaîne de production, de la distribution de la chaleur et de l efficience de l usage de l électricité utilisé dans ce processus (diagramme de Sankey). Analyser les contraintes de fonctionnement en usage réel des scénarios de chauffage ou de charge ECS, en fonction du mode de fonctionnement été ou hiver. Comparer les performances du système réel par rapport au projet initial, notamment selon le mode été et le monde hiver. Analyser la performance réelle de la PAC de récupération sur les eaux usées. Etudier le taux de couverture en énergie renouvelable selon le mode de fonctionnement et les deux périodes annuelle considérées (été ou hiver). Analyser la simultanéité de la production électrique photovoltaïque locale avec les besoins d électricité de la PAC. Analyser le coût de de la chaleur en termes de coûts fixes (investissement) et coûts variables (consommation d énergie, gaz et électricité). 4- Interdisciplinarité Ce travail comporte des aspects techniques, énergétiques, environnementaux et économiques. 5- Formation requise NA 6- Références Initiales Fraga, C. (2017). Heat Pump Systems for Multifamily Buildings: Which Resource for What Demand? Long-term in-situ monitoring of an innovative system in Geneva combined with sensitivity and comparative analysis via numerical simulation, Thèse de doctorat, Université de Genève. Quiquerez, L. (2017). Décarboner le système énergétique à l aide des réseaux de chaleur: état des lieux et scénarios prospectifs pour le canton de Genève, Thèse de doctorat, Université de Genève. Khoury, J. (2014). Rénovation énergétique des bâtiments résidentiels collectifs: état des lieux, retours d expérience et potentiels du parc genevois, Thèse de doctorat, Université de Genève. Institut des Sciences de l Environnement et Institut Forel.

77 7- Lieu de travail et encadrement Carolina Fraga, Post doctorante, Groupe Systèmes Energétiques, Uni Carl Vogt. Pierre Hollmuller, Adjoint scientifique / Chargé de cours, Groupe Systèmes Energétiques, Uni Carl Vogt.

78 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Les microplastiques ingérés par les invertébrés d'eau douce: état des lieux dans un grand fleuve, le Rhône et sa zone alluviale. 1- Problématique : Les débris de matières plastiques (microplastiques) représentent l'une des catégories majeures de polluants organiques dans les écosystèmes aquatiques. Si leur étude a surtout été développée dans les océans, les premières études menées dans les systèmes fluviaux montrent une contamination générale, en particulier des sédiments et le rôle des fleuves en tant de vecteurs de transport des microplastiques, notamment vers les océans. La compréhension des interactions entre les organismes aquatiques et les microplastiques n'est qu'à ses débuts et des preuves s'accumulent laissant penser que les microplastiques peuvent entrainer des problèmes physiologiques chez les organismes aquatiques (poissons, mamifères, invertébrés), via des effets physiques et chimiques. Le sujet propose de réaliser une première caractérisation des microplastiques présents dans les invertébrés aquatiques du Rhône français et de sa zone alluviale. Il s'agira en particulier de comparer les quantités et types de microplastiques présents en fonction 1) du type fonctionnel d'invertébrés: filtreurs, broyeurs, collecteurs de sédiments, prédateurs,..., 2) du niveau de connexion entre les milieux aquatiques et le fleuve (milieux alluviaux plus ou moins fréquemment connectés au fleuve). Le projet s'intègre aux recherches menées au Département Forel sur les nanoparticules et les microplastiques (groupe S. Stoll), ainsi que sur l'écologie des communautés d'invertébrés dans les systèmes fluviaux (groupe E. Castella). 2- Objectifs du travail de Master : 1) effectuer une synthèse bibliographique sur les microplastiques dans les écosystèmes d'eau douce, incluant les interactions avec les organismes et les aspects méthodologiques de leur échantillonnage et de leur caractérisation, 2) utiliser les éléments disponibles dans la bibliographie pour échantillonner, quantifier et caractériser les microplastiques dans des invertébrés aquatiques représentatifs de différents groupes trophiques, et dans une sélection de sites alluviaux du Rhône français. Le choix de ces derniers pourra largement se fonder sur les acquis de Hug Peter et al. (2017), 3) Analyser et rédiger les résultats dans la perspective - encouragée - d'une publication scientifique. 3- Déroulement : Le travail comprendra plusieurs étapes : 1) Recherche et synthèse bibliographique, 2) Mise au point du protocole analytique pour la détection, mesure et caractérisation des microplastiques dans les milieux naturels et invertébrés aquatiques, prise en main des différentes techniques analytiques notamment l infrarouge 3) Acquisition de données de terrain, 4) préparation des échantillons (extraction des microplastiques et préparation pour les analyses optiques et/ou chimiques, 5) Analyses numériques des données et rédaction.

79 4- Interdisciplinarité : Ce travail nécessite l intégration de connaissances relatives 1) au fonctionnement hydrologique et sédimentologique d'un fleuve et de sa zone alluviale, 2) à l'écologie des invertébrés d'eau douce, 3) à la chimie et la dynamique des contaminants dans l'environnement, 4) aux techniques analytiques liées à la caractérisation des microplastiques y compris l analyse d images. 5- Formation requise : Le sujet s'adresse plus directement aux étudiant-es des filières eau et diversité. Un intérêt pour les travaux de terrain et de laboratoire est un atout mais pas une exigence requise. 6- Références Initiales:Cliquez ici pour taper du texte. Castella E. et al Realised and predicted changes in the invertebrate benthos after restoration of connectivity to the floodplain of a large river. Freshwater Biology. 60: Hüffer T., Praetorius A., Wagner S., von der Kammer F., Hofmann T Microplastic Exposure Assessment in Aquatic Environments: Learning from Similarities and Differences to Engineered Nanoparticles. Environmental Science & Technology. 51: Hug Peter, D., Castella E., Slaveykova V.I Lateral and longitudinal patterns of water physico-chemistry and trace metal distribution and partitioning in a large river floodplain, Sci. Total. Environ : Ivar do Sul J.A., Costa M.F The present and future of microplastic pollution in the marine environment. Environmental Pollution. 185: Klein S., Worch E., Knepper T.P Occurrence and Spatial Distribution of Microplastics in River Shore Sediments of the Rhine-Main Area in Germany. Environmental Science & Technology. 49: Lamouroux N., Gore J.A., Lepori F. & Statzner B The ecological restoration of large rivers needs science-based, predictive tools meeting public expectations: an introduction to the Rhône project. Freshwater Biology, 60: Lusher A.L., Welden N.A., Sobral P., Cole M Sampling, isolating and identifying microplastics ingested by fish and invertebrates. Analytical Methods. 9: Riquier J., Piégay H., Michalkova M Hydromorphological conditions in eighteen restored floodplain channels of a large river: linking patterns to processes. Freshwater Biology, 60: Syberg K. et al Microplastics: Addressing Ecological Risk Through Lessons Learned. Environmental Toxicology and Chemistry, 34: Wright S.L. et al The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review. Environmental Pollution. 178: Lieu de travail et encadrement : Dépt. F.A. Forel des Sciences de l'environnement et de l'eau et ISE. Uni-Vogt. Dr. Emmanuel Castella, MER, Emmanuel.Castella@unige.ch tél , Dr Serge Stoll, MER, Serge.Stoll@unige.ch tél

80 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Filières de traitement de l eau, pollution aux micro-plastiques et législation 1- Problématique : Les quantités de déchets plastiques actuellement observées dans la totalité des systèmes aquatiques (mers, océans, lacs, rivières) de notre planète ne cessent d augmenter. Cette problématique est d autant plus préoccupante que de nombreux pays ne sont pas en mesure de gérer les flux de déchets plastiques en matière de production, utilisation, et élimination toujours plus importants. Cette pollution, aux conséquences graves, est désormais omniprésente, y compris dans les effluents urbains, et est considérée pour le moment largement irréversible au regard de la quantité et persistance des matériaux plastiques. De plus ses impacts sur les écosystèmes et la santé humaine encore mal connus et la communauté scientifique et politique se sont saisies du dossier très tardivement. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif de ce travail consiste à faire le point sur la pollution aux microplastiques (essentiellement sous forme particulaires) dans les filières de traitement de l eau en tenant compte d aspects physiques et chimiques mais également législatifs et en se focalisant sur les filières de traitement des eaux usées. Il s agira dans un premier temps de faire le point sur les différents types de plastiques potentiellement présents dans les filières de traitement (plastiques flottants, plastiques coulants), évaluer leur nature, leur composition, les méthodes utilisées pour leur élimination puis dans un deuxième temps de se focaliser sur les aspects législatifs afin de savoir dans quelle mesure les différentes réglementations internationales, européennes et suisses intègrent la pollution aux microplastiques dans leurs législations ou dans quelle mesure de nouvelles directives sont en préparation. 3- Déroulement : Le travail dans un premier temps se concentrera sur une bibliographie assez large qui abordera la problématique générale, les types de plastiques présents dans l environnement, les sources, les mécanismes de transport, l impacts de ces derniers sur l environnement ainsi que leur caractérisation. Dans un deuxième temps la bibliographie se concentrera sur les études scientifiques liées aux processus de transformation et élimination des microplastiques ainsi que les méthodes scientifiques d observation, de comptage et de caractérisation des particules plastiques. Dans un troisième temps l étude bibliographique se concentrera sur l étude des différentes réglementations nationales et internationales en matière de pollution aux microplastiques et recommandations d associations indépendantes. Dans le cadre du travail pratique de mémoire, les côtés juridiques et législatifs seront développés sur la base d interviews avec les principaux acteurs dans le domaine (OFEV, OFSP, CIPEL, association romande des consommateurs, gestionnaires de station d épuration ). L objectif sera de faire un état des lieux sur la prise en compte par les autorités politiques, services de l eau, consommateurs, etc de la pollution aux microplastiques et perspectives de traitement dans les nouvelles STEPs. Afin de compléter ce travail par une partie analytique scientifique, dans le cadre de ce mémoire une partie terrain et laboratoire est prévue afin d évaluer l importance de la pollution aux microplastiques dans les stations de traitement des eaux usées.

81 Un échantillonnage sur plusieurs sites sera effectué afin d évaluer l impact des stations de traitement sur la pollution aux micro-plastiques dans les milieux naturels. 4- Interdisciplinarité :l interdisciplinarité est vaste au regard des secteurs touchés par cette problématique ; préservation des ressources, problèmes de santé, cadre législatif et politique, impact sur la faune et la flore, biodégradabilité, habitudes de consommation, impact économique et social, etc. 5- Formation requise (optionnel) : de préférence avoir suivi le cours colloïdes et polymères dans l environnement et la filière eau. 6- Références Initiales (optionnel) :(1) Peter Kershaw, Saido Katsuhiko, Sangjin Lee, Jon Samseth, Doug Woodring, John Smith, déchets de plastique dans l océan, PNUE annuaire, questions émergentes dans notre environnement mondial 2011, pages 20 à 33. (2) Skye Morét- Ferguson, Kara Lavender Law, Giora Proskurowski, Ellen K. Murphy, Emily E. Peacock, Christopher M. Reddy, The size, mass, composition of plastic debris in the western North Atlantic Ocean, Marine pollution bulletin 60 (2010) (3) Kara Lavender Law, Skye Morét-Ferguson Nikolai A. Maximenko, Giora Proskurowski, Emily E. Peacock, Jan Hafner, Christopher M. Reddy, Plastic Accumulation in the North Atlantic Subtropical Gyre, Science, 329, Lieu de travail et encadrement : Département F.-A. Forel, sous la supervision de Serge Stoll, Contact : serge.stoll@unige.ch ;

82 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Comportement des nanoparticules dans les filières de potabilisation. 1- Contexte : Les processus physico-chimiques (coagulation, filtration, ozonation) dans les milieux naturels et les stations d épuration jouent un rôle prépondérant dans le comportement de la matière en suspension, le transport des contaminants, et le traitement de l eau. Dans ce travail nous nous intéresserons plus particulièrement aux nanoparticules en tant que polluants émergents et leur comportement dans les filières de potabilisation. Dans tous les cas l'analyse de la littérature scientifique révèle une compréhension insuffisante de ces processus sur le comportement des nanoparticules manufacturées. En effet assez peu d informations sont disponibles sur l impact réel des étapes de coagulation, filtration, désinfection, formation de boues, etc dans les filières de traitement de l eau et le champ à couvrir est énorme. 2- Objectifs du travail de Master : L'objectif de ce travail, consiste à étudier le comportement de nanoparticules manufacturées dans les stations de traitement d eau afin de mieux comprendre les mécanismes de déstabilisation, transformation, dissolution, des nanoparticules manufacturées et de préciser les fenêtres d utilisation optimales de ces différents procédés vers l élimination de ces dernières. Différents facteurs tels que le contrôle du ph, le dosage du coagulant, la présence de chlore, la variation de la charge des nanoparticules devront être pris en compte. Pour se faire, différentes techniques analytiques modernes seront utilisées afin d avoir des informations sur l impact des processus de coagulation, l importance de la filtration, l impact de l ozonation etc. En particulier il sera intéressant d étudier de préciser qu elles sont les étapes clefs dans l élimination des nanoparticules manufacturées. Ces résultats seront discutés avec des professionnels du traitement de l eau afin de donner des directives et conseils d utilisation et peut être ouvrir de nouvelles perspectives et recommandations dans ce domaine. 3- Déroulement :Dans un premier temps, nous nous focaliserons sur une étude bibliographique du comportement de nanoparticules manufacturées en filière de traitement. Ceci nous permettra de faire un état des lieux des connaissances dans le domaine. Dans un deuxième temps, nous nous focaliserons sur le comportement de nanoparticules choisies à travers deux ou trois processus clefs de traitement (coagulation, filtration et ozonation par exemple). Par exemple, l efficacité des coagulants utilisés en traitement de l eau sera étudiée. Nous pourrons aussi considérer d utiliser des nanoplastiques. Dans un troisième temps, nous essayerons de préciser les conditions optimales d élimination des nanoparticules dans

83 les filières de traitement et de valoriser les résultats obtenus à travers des discussions avec les professionnels du traitement de l eau. 4- Interdisciplinarité :Cette étude requiert une approche interdisciplinaire directement reliée à des aspects physiques et chimiques ainsi qu une dimension environnementale intégrant des aspects économiques, sociaux, et de santé publique liés à la problématique de la production d eau potable et présence de polluants émergents. 5- Formation requise (optionnel) :De préférenc filière Eau et avoir suivi le cours colloïdes et polymères dans l environnement. 6- Références Initiales (optionnel) : Ramirez Arenas, L.M., Ramseier, S., Zimmermann, S., et Stoll, S., 2016, Comparative Study of the Effect of Aluminum Chloride, Sodium Alginate and Chitosan on the Coagulation of Polystyrene Micro-Plastic Particles: Journal of Colloid Science and Biotechnology, v. 5 Hüffer T., Praetorius A., Wagner S., von der Kammer F., Hofmann T Microplastic Exposure Assessment in Aquatic Environments: Learning from Similarities and Differences to Engineered Nanoparticles. Environmental Science & Technology. 51: Oriekhova, O., et Stoll, S., 2016, Stability of uncoated and fulvic acids coated manufactured CeO2 nanoparticles in various conditions: From ultrapure to natural Lake Geneva waters: Science of the Total Environment, v. 562, p Lieu de travail et encadrement : Serge Stoll, Olena Oriekhova, Lina Ramirez (serge.stoll@unige.ch) groupe de physico-chimie de l environnement, Département Forel, Uni Vogt.

84 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Index decomposition analysis of the residential sector in Geneva 1- Problématique : Changes in energy consumption in the residential sector are driven by many factors next to changes in energy efficiency, such as dwelling densification, building type, population growth, rental price, etc. The impact of changes in energy efficiency on the energy consumption is thus obscured by these influences. Index decomposition analysis can be used to determine the impact of each driver on the energy consumption change. This method will therefore be used to obtain a full picture of the causes of changes in energy consumption, and most importantly to determine the contribution of changes in energy efficiency on the change in energy consumption. In the case of Geneva, data on dwellings, population and electricity consumption are available at a very fine level, i.e. at building or even dwelling level, allowing for a detailed decomposition analysis of the electricity consumption. It is expected that similarly detailed data exists for Switzerland, enabling a second decomposition analysis to compare the Genevan results to. Decomposition analyses on other energy carriers than electricity will also be conducted if sufficient data are available. 2- Objectifs du travail de Master : The objectives of the master thesis are to develop indices for the drivers of electricity consumption in the residential sector in Geneva and to perform an index decomposition analysis using these indices to determine the impact of each driver on the electricity consumption. Examples of such indices are surface area per dwelling, number of residents per dwelling, energy consumption per capita, etc. If the data permits, other energy carriers will also be analysed. The main geographical focus will lie on the canton of Geneva, although comparison with Switzerland is also aimed for. Where possible, the findings will be used to assess policy implications. 3- Déroulement : The MSc student will be part of the UNIGE team working on this project. The tasks include familiarization with the data and linking various data sources, developing a sound understanding of the most important index decomposition analysis methods, and interpreting the results with a focus on policy implications. 4- Interdisciplinarité : Energy, economy, policy 5- Formation requise (optionnel) : MUSE specialisation Energy

85 6- Références Initiales (optionnel) : Xu, X. Y. and Ang, B. W. (2014) Analysing residential energy consumption using index decomposition analysis, Applied Energy, 113, pp doi: /j.apenergy Ang, B. W. (2005) The LMDI approach to decomposition analysis: a practical guide, Energy Policy, 33(7), pp doi: /j.enpol Lieu de travail et encadrement : Chair for Energy Efficiency, Institut des Sciences de l environnement and Forel Department, Uni Carl Vogt Guidance: Bram van Megen and Martin Patel

86 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Applicabilité de l instabilité de Turing à la réaction d un écosystème sous stress 1- Problématique : L instabilité de Turing décrit la cinétique d évolution d un système où des populations en compétition ont des vitesses de diffusion très différentes. Elle prédit une auto-organisation en domaines de formes diverse. On pense notamment qu elle décrit la formation des motifs (rayures, tâches) que l on observe sur la robe d animaux tels que les léopards et les tigres. L instabilité de Turing est notamment prédite dans le contexte de la biologie des populations (Shigesada, Kawasaki et Teramoto, 1979 et 1986), où Iida, Mimura et Ninomiya (2006) ont démontré sa pertinence dans le cas de populations en compétition. Nous proposons d étudier la pertinence de ce type de modèle à l échelle régionale pour un écosystème sous stress climatique, prenant en compte la très large différence de mobilité des espèces végétales et animales. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif du travail de master consiste à identifier un écosystème modèle simplifié décrit par le modèle de Shigesada, Kawasaki et Teramoto pour évaluer son évolution à l échelle régionale sous stress climatique. 3- Déroulement : - revue de la littérature - identification d un écosystème modèle simplifié - modélisation (analytique et/ou numérique) - comparaison avec des observations 4- Interdisciplinarité : Ce travail applique des méthodes de physique à la biologie des populations, avec excursions vers la simulation numérique et la climatologie. 5- Formation requise (optionnel) : Une aisance minimale dans un langage de programmation est un avantage. 6- Références Initiales (optionnel) : Nanako Shigesada, Kohkichi Kawasaki, Ei Teramoto, Spatial segregation of interacting species, Journal of Theoretical Biology 79, (1979) doi : / (79)

87 Nanako Shigesada, Kohkichi Kawasaki, Ei Teramoto, Traveling periodic waves in heterogeneous environments, Theoretical Population Biology 30, (1986) doi : / (86) Iida, M., Mimura, M. & Ninomiya, H. Diffusion, Cross-diffusion and Competitive Interaction J. Math. Biol. (2006) 53: 617. doi: /s Lieu de travail et encadrement : ISE ou Pinchat. Encadrement : Prof. Jérôme Kasparian, Dr. Maura Brunetti

88 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Structuration et auto-organisation de populations 1- Problématique : De nombreux systèmes naturels s auto-organisent à partir d interactions à courte distance (Rietkerk et al., 2004). Par exemple, dans le cas d une savane, la végétation forme des motifs gouvernés par un équilibre entre, d une part, la compétition entre voisins pour les ressources (eau, nutriments), et, d autre part, la protection mutuelle apportée par la proximité entre individus. Dans d autres systèmes physiques (Mongin et al., 2017), nous avons montré que l évolution de tels motifs permet de décrire, voire de prédire des changements qualitatifs des interactions sous-jacentes. L observation macroscopique des motifs de végétation pourrait donc constituer un indicateur efficace de modifications à l échelle microscopique des paramètres de l interaction (humidité du sol par exemple), et donc fournir un indice avancé d un basculement du système d un régime stable à un autre (savane/désert, par exemple). 2- Objectifs du travail de Master : Le travail de master visera à modéliser l auto-organisation d une savane modèle, et à étudier numériquement son évolution lorsque le forçage climatique évolue. Une étude statistique visera à identifier les observables propres à prédire les basculements du système sous stress. 3- Déroulement : - revue de la littérature - choix du modèle d interaction - étude analytique et/ou numérique des motifs d auto-organisation - validation sur la base d observations - étude statistique sur un grand nombre de conditions initiales et recherche d indicateurs avancés de basculement 4- Interdisciplinarité : Ce travail applique des méthodes de statistique et de physique à la biologie des populations, avec excursions vers la simulation numérique et la climatologie. 5- Formation requise (optionnel) : Une aisance minimale dans un langage de programmation est un avantage.

89 6- Références Initiales (optionnel) : Rietkerk et al., Self-Organized Patchiness and Catastrophic Shifts in Ecosystems Science 305, 1926 (2004) D. Mongin, E. Schubert, N. Berti, J. Kasparian, and J.-P. Wolf, Gas-solid phase transition in laser multiple filamentation. Physical Review Letters 118, (2017) 7- Lieu de travail et encadrement : ISE ou Pinchat. Encadrement : Prof. Jérôme Kasparian, Dr. Maura Brunetti

90 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Investigate the presence of tipping point in the sea ice cover within a hierarchy of models. 1- Problématique : The Arctic sea ice is decreasing at high rates during recent decades. There is urgent need to understand whether this observed loss of Arctic sea ice is related to the occurrence of a tipping point in the climate system (Lenton 2008, Bathiany et al. 2016) or is a reversible phenomenon. A tipping point is an irreversible jump that appears in dynamical systems under the gradual variation of the forcing (i.e. the atmospheric CO2 content). Many simplified models predict the presence of a tipping point in sea ice cover. These include toy models (i.e. conceptual mathemathical models) or column models where only the vertical exchange of energy between climate components is taken into account within a homogeneous region (Eisenman and Wettlaufer 2009, Eisenman 2012). However, more complex models, such as regional or global circulation models, in general do not show irreversible behavior, but only an abrupt change when the winter sea ice completely disappears. The role of spatial resolution in such more complex models still needs to be clarified. 2- Objectifs du travail de Master: The main objective of the master is to use a hierarchy of models, with different complexity, to see when and under which conditions the irreversibility of sea ice cover is lost. The considered models range from simple column model to general circulation models (MITgcm) with different spatial resolution. 3- Déroulement: 1) State-of-art in the field and revision of literature 2) Tipping point thresholds in a column model 3) Analysis of the main variables that characterise tipping point threshold 4) Analysis of the same variables in a general circulation model (MITgcm) at different spatial scales 4- Interdisciplinarité : The MSc thesis deals with the following disciplines: climate physics, environmental sciences, computer sciences and statistics. 5- Formation requise (optionnel): Knowledge of matlab or python. 6- Références Initiales:Cliquez ici pour taper du texte.

91 Bathiany S., Notz D., Mauritsen T., Radel G. (2016) On the potential for abrupt Arctic winter sea ice loss. Journal of Climate 29, Eisenman, I. (2012), Factors controlling the bifurcation structure of sea ice retreat. Journal of Climate, 117, D01111 Eisenman, I., and J. S. Wettlaufer (2009), Nonlinear threshold behavior during the loss of Arctic sea ice. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 106(1), Lenton (2008) Tipping elements in the Earth s climate system. PNAS 105, Lieu de travail et encadrement : Applied Physics Group Nonlinear, ISE or Pinchat. Dr. Maura Brunetti and Prof. Jérôme Kasparian.

92 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Temporal trend of PBDE use and contamination recorded in sediment. 1- Problématique : : Polybrominated diphenyl ethers (PBDE) have been used since the 70 s as flame retardants in plastics, polyurethane foams, textiles, etc. They are now ubiquitous in the environment; perform long-range transport through the atmosphere, bioaccumulate in organisms and bioamplifly along the trophic chain. PBDEs are highly hydrophobic compounds; as such, their temporary or final sink in the water system is the sediment where they accumulate. Penta-BDEs and octa-bdes mixtures containing lower brominated congeners were banned in Europe in 2004, followed by a ban in 2008 of decabde in electrical and electronic material. In 2009, penta-bde and octa-bde were recognised as POPs by the Stockholm Convention. In 2010, quantification of atmospheric emission of PBDE in Zürich reported a shift in the pattern of congeners to deca-bde, certainly due to the change in the mixtures used by the industry before the ban 2- Objectifs du travail de Master : The aim of the present project is to identify and quantify in sediments th e evolution through time of PBDE loadings in Vidy Bay, a bay in Lake Geneva mainly contaminated by the treated and untreated effluents of the wastewater treatment plant of the City of Lausanne. Moreover, the shift in the pattern of congeners should be recognized and quantified in the sediment. Finally, this research should give an evaluation of the time lag between the implementation of policy measures aimed to reduce or stop contaminant spreading and the response of the environmental system. 3- Déroulement : A sediment core will be recovered from Vidy Bay and analysed for sedimentological and geochemical parameters. The core will be dated to place the observed variations in a historical timeframe. Sedimentological and geochemical analyses are performed at the Department F-A. Forel laboratories and Uni Bern (X-ray fluorescence). Analyses of PBDEs will be performed at UniL/EPFL 4- Interdisciplinarité :bachelor in environmental or earth sciences, or specialization «water sciences» of the MUSE 5- Formation requise (optionnel) :de préférence bachelor en sciences de la Terre ou chimie, et thématique sciences de l eau 6- Références Initiales (optionnel) : - Bogdal et al, Sediment Record and Atmospheric Deposition of Brominated Flame Retardants and Organochlorine Compoun ds in Lake Thun, Switzerland: Lessons from the Past and Evaluation of the Present. Environ Sci Technol 42 : Bogdal et al, Emissions of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in Zurich, Switzerland,

93 determined by a combination of measuremen ts and modeling. Chemosphere, 116 : Loizeau et al, Micropolluants métalliques et organiques dans les sédiments superficiels du Léman Campagne Rapp. CIPEL Naffrechoux et al Historical Profiles of PCB in Dated Sediment Cores Suggest Recent Lake Contamination through the Halo Effect. Environ Sci Technol. DOI: /es Lieu de travail et encadrement : This proposal is a joint project between the University of Lausanne and the University of Geneva. The work will be shared between the two Universities. Master supervisers : J.- L. Loizeau and Andrea Gallorini (University of Geneva), N. Chèvre and Ch. Borel (University of Lausanne).

94 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Histoire de la contamination en mercure de l environnement lémanique à partir de l enregistrement sédimentaire : d avant les humains à nos jours. 1- Problématique : : Les sédiments lacustres représentent une archive des changements environnementaux d un lac et de son bassin versant. En prélevant des sédiments suffisamment en profondeur, ils permettent de reconstruire les conditions environnementales d un site avant toute perturbation humaine, et de suivre leur évolution en fonction de l augmentation des pressions anthropiques, p.ex. de la croissance des sociétés humaines, à la déforestation et au développement de l ère industrielle. La connaissance de cette évolution permet de mieux interpréter les changements actuels observés. Le travail se concentre sur le mercure, un élément métallique trace toxique qui se bioaccumule dans les organismes et se bioamplifie dans la chaîne alimentaire. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif du présent travail de master est de construire, à partir d un échantillonnage à haute résolution, l évolution des concentrations en Hg et de le remettre dans leur contexte historique. Des périodes et évènements particuliers, naturels ou anthropiques, qui peuvent modifier les flux de mercure seront spécifiquement recherchés comme la déforestation, les explosions des volcans Tambora (1815) ou Krakatoa (1883). 3- Déroulement : Ce travail est la suite d un master effectué sur une carotte de sédiment de 6 m de longueur prélevée dans le Léman au large de Pully. Les paramètres sédimentologiques (densité, susceptibilité magnétique, granulométrie) et géochimiques (analyse élémentaire par XRF, concentration en matière organique, carbonates, métaux trace) ont permis de reconstruire l histoire des dépôts dans un cadre temporel donné par une datation par 137 Cs et 14 C. En se basant sur le modèle d âge de la carotte sédimentaire, un échantillonnage à haute résolution des périodes les plus pertinentes est effectuée et les concentrations en Hg sont analysées ainsi que les paramètres sédimentologiques (granulométrie, minéralogie, nature de la matière organique). Les variations seront mises en lien avec l étude historique du territoire. Des analyses complémentaires de 14 C sont envisagée pour affiner le modèle d âge de l enregistrement sédimentaire. 4- Interdisciplinarité :L interdisciplinarité de ce travail est relativement faible, et essentiellement à l intérieur des disciplines des sciences naturelles (chimie, sédimentologie, géologie) mais incluant l histoire du peuplement humain de la région. 5- Formation requise (optionnel) :de préférence bachelor en sciences de la Terre ou chimie, et thématique sciences de l eau

95 6- Références Initiales (optionnel) : 7- Lieu de travail et encadrement : DEFSE (Sciences 2) et section des sciences de la Terre et de l environnement. Co-directeurs : J.-L. Loizeau et S.Girardclos, Andrea Gallorini.

96 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Influence des facteurs confondants dans l évaluation de la toxicité de sédiments contaminés par des effluents de station d épuration 1- Problématique : : L évaluation globale de l état d un écosystème est idéalement basée sur une approche dite triade, associant analyses chimiques, tests écotoxicologiques et indices biotiques. Or il arrive parfois, si ce n est souvent, que des sites donnent des réponses très contrastées pour chacune des approches, rendant l interprétation des résultats incertaine, le diagnostic difficile et les mesures à prendre peu crédibles. Cette situation est particulièrement marquée dans les sédiments du Léman, avec une zone fortement contaminée en différents polluants métalliques et organiques, mais qui ne montre pas d effet sur des organismes benthiques tests (ostracodes), alors que des zones adjacentes nettement moins contaminées, induisent des effets toxiques marqués. 2- Objectifs du travail de Master : Les objectifs du travail consistent à évaluer la sensibilité de différents tests écotoxicologiques (organismes benthiques) sur un sédiment contaminé par des effluents de station d épuration, et de mettre en évidence la possible présence et le degré d influence de facteurs confondants tels que la nature et proportion de la matière organique, la présence de sulfure ou d ammonium 3- Déroulement : Après une étude bibliographique des différents tests écotoxicologiques, des échantillons de sédiments lacustres seront prélevés selon un gradient de contamination dans le Léman dans la région de Lausanne et analysés pour un ensemble de contaminants et de paramètres sédimentologiques. La toxicité de ces sédiments sera évaluée par des tests basés sur des organismes benthiques, sensibles à des degrés variés aux différents contaminants (p.ex. ostracode, chironomes, myriophylle, etc.). En parallèle des analyses chimiques des principaux contaminants et de la quantité et nature de la matière organique seront menées sur les sédiments afin de mettre en lien les deux approches, et de mette en évidence l influence soit des contaminants soit des facteurs confondants. 4- Interdisciplinarité :Interdisciplinarité restreinte aux sciences naturelles (chimie, sédimentologie, écotoxicologie), avec ouverture sur la problématique de gestion des milieux naturels. 5- Formation requise (optionnel) :de préférence bachelor en sciences de la Terre, chimie, biologie, ou spécialisation «sciences de l eau» du MUSE 6- Références Initiales (optionnel) : -Loizeau et al, Micropolluants métalliques et organiques dans les sédiments superficiels du Léman Campagne Rapp. CIPEL Péry et al, A model to understand the confounding effects of natural sediments in toxicity test with Chironomus riparius. Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 22, No. 10, pp

97 7- Lieu de travail et encadrement : Ce travail est une collaboration entre le centre Ecotox (Lausanne) et l Université de Genève Directeurs du Master: J.- L. Loizeau (Université de Genève), B. Ferrari (Ecotox/EPFL Lausanne).

98 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Modélisation des régimes thermiques dans les annexes aquatiques d'un grand fleuve, le Rhône. 1- Problématique : Les zones humides associées aux grands fleuves représentent partout en Europe des ensembles d'écosystèmes menacés, à haute valeur écologique et socio-économique. Après les endiguements et rectifications effectués dès le 19 ème siècle, ces zones ont été affectées par la construction d'ouvrages hydro-électriques. L évaluation, la préservation et la restauration des systèmes alluviaux représentent des enjeux importants. Un programme de restauration hydraulique et écologique du Rhône en France vise à restaurer certaines annexes fluviales en rétablissant leurs connexions avec le fleuve, à restituer au fleuve un "espace de liberté", à pérenniser et amplifier la biodiversité. Le régime thermique des annexes fluviales est un élément déterminant pour la faune aquatique qui y vit, mais il a été négligé dans les études réalisées à ce jour. On peut penser qu il est déterminé principalement par l interaction entre la température de l air, le type d eau alimentant les milieux (l eau souterraine étant tamponnée thermiquement) et l ombrage porté par la végétation riveraine. Si le premier de ces facteurs semble être appelé à se modifier rapidement au cours des décennies à venir, les deux autres peuvent être modifiés par l homme dans le cadre des opérations de restauration fluviale (recreusement augmentant le flux d eau souterraine, déboisements ou reboisements). Le projet s'intègre aux recherches menées au Département Forel sur la thermique des systèmes naturels ou anthropiques (groupe énergie, P. Hollmüller) ainsi que sur l'écologie des systèmes fluviaux (groupe E. Castella). 2- Objectifs du travail de Master : L'objectif du master est de modéliser le régime thermique d'annexes fluviales ayant des fonctionnements hydrologiques contrastés (différents types de connexion avec le fleuve) en confrontant une approche statistique et une approche physique. 3- Déroulement : Les étapes initiales du travail seront : 1) synthèse bibliographique sur les déterminants du régime thermique des milieux d'eau douce et leur modélisation, 2) exploration des chroniques thermiques et hydrologiques disponibles, issues du suivi mené sur les milieux alluviaux du Rhône depuis une dizaine d'années afin de sélectionner les sites les plus appropriés pour la modélisation, 3) familiarisation avec les aspects statistiques et physiques impliqués dans cette modélisation. L'acquisition de données de terrain supplémentaires est possible (accès solaire, température des eaux souterraines). Le master sera associé à la thèse en cours de Pierre Marle sur la zone alluviale du Rhône.

99 4- Interdisciplinarité : Ce travail se situe à l'interface entre physique, hydrologie et écologie. Il nécessite l intégration de connaissances relatives 1) au fonctionnement hydrologique d'un fleuve et de sa zone alluviale, 2) au fonctionnement thermique des milieux aquatiques, 3) à certains aspects statistiques comme l'analyse de séries temporelles et les méthodes de régression. 5- Formation requise : Le sujet s'adresse plus directement aux étudiant-es des filières eau, énergie, climat et biodiversité, mais ce n'est pas exclusif. Il nécessite un intérêt pour la physique et la modélisation mathématique. 6- Références Initiales:Cliquez ici pour taper du texte. Caissie, D The thermal regime of rivers: a review. Freshwater Biology 51: Daufresne, M; Bady, P; Fruget, JF Impacts of global changes and extreme hydroclimatic events on macroinvertebrate community structures in the French Rhone River. Oecologia: 151: Faessler, J., Haroutunian, A., Lachal, B.M Utilisation thermique du Rhône genevois : modélisation, scénarios et recommandations sur la ressource. Genève: Direction générale de l'eau du département du Territoire (Etat de Genève), VIRAGE; p. Lamouroux N., Gore J.A., Lepori F. & Statzner B The ecological restoration of large rivers needs science-based, predictive tools meeting public expectations: an introduction to the Rhône project. Freshwater Biology, 60: Mouthon, J; Daufresne, M: Effects of the 2003 heatwave and climatic warming on mollusc communities of the Saone: a large lowland river and of its two main tributaries (France). Global Change Biology 12 : Richer T Régimes thermiques des écosystèmes aquatiques dans la zone alluviale du Haut Rhône français. Master MUSE n p. Trudgill DL, Honek A, Li D, Van Straalen NM, Straalen NM, Honěk A, Li D, Van Straalen NM, Thermal time concepts and utility. Ann. Appl. Biol. 146, Vannote RL, Sweeney BW, Geographic Analysis of Thermal Equilibria: A Conceptual Model for Evaluating the Effect of Natural and Modified Thermal Regimes on Aquatic Insect Communities. Am. Nat. 115, White J.C., Hannah D.M., House A., Beatson S.J.V., Martin A., Wood P.J Macroinvertebrate responses to flow and stream temperature variability across regulated and non regulated rivers. Ecohydrology. DOI /eco Lieu de travail et encadrement : Dépt. F.A. Forel des Sciences de l'environnement et de l'eau et ISE. Uni-Vogt. Dr. Emmanuel Castella, MER, Emmanuel.Castella@unige.ch tél , Dr Jean-Luc Bertholet, statisticien, Jean-Luc.Bertholet@unige.ch tél Dr Daniel Cabrera, adj. sc., Daniel.Cabrera@unige.ch Pierre Marle, Ass, Pierre.Marle@unige.ch

100 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Ecologie et conservation d une espèce emblématique, Anisus vorticulus (Mollusque Gastéropode): modélisation de sa distribution et localisation par son ADN environnemental. 1- Problématique : Anisus vorticulus est un petit gastéropode aquatique (diamètre maximal : 7mm) qui a été incorporé au printemps 2004 dans les annexes II et IV de la Directive Habitats du Conseil de l Europe. Il s ajoute donc à la liste très restreinte des invertébrés d eau douce "d intérêt communautaire dont la conservation nécessite la désignation de zones spéciales de conservation" et qui "nécessitent une protection stricte". L espèce est rare à travers toute son aire de distribution européenne et semble particulièrement associée aux plans d eau calmes et riches en végétation aquatique des zones alluviales. Elle pourrait constituer un bon indicateur de milieux aquatiques alluviaux de grande qualité. La synthèse de Terrier et al. (2006) fait apparaître de nombreuses lacunes dans la connaissance de l espèce, qui rendent difficile toute recommandation efficace pour sa protection et la gestion à long terme des sites. A l exception de deux sites dans le Pas-de-Calais et en Camargue, l espèce n est actuellement connue en France que dans la zone alluviale du Haut-Rhône, dans les départements de l Ain et de l Isère. L espèce peut y atteindre des densités remarquables et le nombre de sites colonisés rend ce secteur du Haut-Rhône exceptionnel, tant au niveau national qu européen (Castella et al. 2005). Par ailleurs, les développements actuels des techniques de détection et d'analyse de l'adn environnemental (Visco et al., 2015; Valentini et al., 2016) ouvrent la possibilité de localiser l'espèce dans des sites où sa présence peut passer inaperçue compte tenu d'une faible abondance. 2- Objectifs du travail de Master : Le sujet proposé vise à améliorer la connaissance d Anisus vorticulus dans le Haut-Rhône français afin de mettre à la disposition des acteurs concernés des moyens de préserver cette espèce et les milieux qui l abritent. Le projet vise à atteindre les objectifs suivants : - Compléter l inventaire des sites hébergeant l espèce dans la vallée du Rhône entre Genève et Lyon, - A l aide de données nouvellement acquises, perfectionner le modèle prédictif permettant d identifier les milieux aquatiques susceptibles d abriter l espèce, - Utiliser les techniques de détection de l'adn environnemental afin d'évaluer la présence/absence de l'espèce dans des sites potentiels où sa présence n'a pas encore été détectée ou dans des sites où elle n'a pas été retrouvée lors de prospections récentes, - Etablir la possibilité d utiliser Anisus vorticulus comme indicateur de qualité et d intégrité de milieux alluviaux en analysant la qualité de l habitat, la "naturalité" des processus fonctionnels et la diversité des invertébrés et de la végétation aquatiques associé,

101 - Elaborer des recommandations de gestion visant au maintien, voir à la restauration des conditions de vie de l espèce. 3- Déroulement : - Synthèse bibliographique concernant 1) la notion d espèces «parapluies» (umbrella species), 2) l'utilisation de l'adn environnemental pour la détection d'espèces en milieu d'eau douce. - Campagne de terrain visant à la prospection de sites où l espèce est potentiellement présente dans la vallée du Rhône. Echantillonnage des mollusques gastéropodes, tris et détermination des prélèvements, mesures de paramètres environnementaux (physico-chimie des eaux, structure physique de l'habitat). Prélèvement d'échantillons environnementaux (eau, sédiment), extraction de l'adn environnemental et recherche de traces ADN de l'espèce en question. - Les techniques moléculaires (extraction d ADN, PCR, PCR quantitative, séquençage), ainsi que l'analyse des données (recherche dans les bases des données génétiques, alignement des séquences, analyse phylogénétique) seront faites en collaboration avec l'équipe du Prof. Jan Pawlowski (Département de Génétique et Evolution). - Analyse statistique des données (comprenant une phase de modélisation à partir des variables environnementales) et rédaction du mémoire de diplôme. Compte tenu de l'intérêt de l'espèce et de la méthode de l'adn environnemental, la rédaction d'une partie des résultats sous forme d'une publication scientifique peut être envisagé. La recherche bénéficiera des acquis de travaux de thèses et masters antérieurs et d une intégration aux travaux menés en parallèle dans le cadre du suivi scientifique de la restauration du Rhône. Ce sujet nécessite un intérêt pour le travail de terrain, la détermination taxonomique des invertébrés et l'analyse de données numériques. 4- Interdisciplinarité : Ce travail situe à l'articulation de l'écologie et de la génétique. Il nécessite l intégration de connaissances relatives à l histoire du fleuve, à sa géomorphologie et à son aménagement par l homme. Il répond à la demande des gestionnaires des espaces naturels rhodaniens et aux acteurs de la restauration du fleuve de disposer d indicateurs de «l état de santé» du fleuve et d outils de suivi de sa restauration. 5- Formation requise (optionnel) : Un intérêt pour la détermination taxonomique et l'analyse de données numériques (logiciel R) constituent des atouts pour la réalisation du travail, mais ne sont pas des exigences requises. 6- Références Initiales:Cliquez ici pour taper du texte. CASTELLA E., TERRIER A., PELLAUD M. & PAILLEX A. (2005). Distribution d Anisus vorticulus (Troschel 1834) dans la plaine alluviale du Haut-Rhône français. Un Gastéropode Planorbidae listé en annexe de la "directive habitats". Bulletin mensuel de la Société Linnéenne de Lyon.74 : NIGGEBRUGGE, K; DURANCE, I; WATSON, AM, LEUWEN R.S.E.W. & ORMEROD, SJ (2007) Applying landscape ecology to conservation biology: Spatially explicit analysis reveals dispersal limits on threatened wetland gastropods. Biological Conservation 139: TERRIER A., CASTELLA E., FALKNER G. & KILLEEN I.J. (2006). Species account for Anisus vorticulus (Troschel 1834) listed in annexes II and IV of the Habitats Directive (Gastropoda : Planorbidae). Journal of Conchology 39(2) VALENTINI A. et al. (2016). Next-generation monitoring of aquatic biodiversity usingenvironmental DNA metabarcoding. Molecular Ecology. 25: VISCO J.A., APOTHELOZ-PERRET-GENTIL L., CORDONIER A., ESLING P., PILLET L. & PAWLOWSKI J. (2015). Environmental Monitoring: Inferring the Diatom Index from Next-Generation Sequencing Data. Environmental Science & Technology. 49: WATSON, AM & ORMEROD, SJ (2004) The distribution of three uncommon freshwater gastropods in the drainage ditches of British grazing marshes. Biological Conservation 118:

102 7- Lieu de travail et encadrement : Cliquez ici pour taper du texte. Département F.A. Forel. Uni-Vogt Dr. Emmanuel Castella, MER. Emmanuel.Castella@unige.ch tél Prof. J. Pawlowski et Dr. L. Pillet (

103 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Modélisation des changements d utilisation du sol du Grand-Genève 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. La Région du Grand Genève ( doit se préparer à de grands changements dans les années à venir pour tenir compte de la population et de l activité humaine croissante attendue. D un point de vue de la gestion du territoire il est important de pouvoir prédire comment ces changements pourraient se traduire en changements d utilisation du sol selon divers scénarios. Ce travail s inscrit dans la prolongation d un autre travail de Master MUSE (Pleshkova 2013) et dans celui d un travail de doctorat qui débutera en septembre 2017 sur la biodiversité et les services écosystémiques du Grand Genève. 2- Objectifs du travail de Master : Cliquez ici pour taper du texte. 7. Analyser des scénarios pour le Grand-Genève 8. Exploration des outils existants : Metronamica, Dinamica, 9. Analyse des changements d utilisation du sol passé 10. Modélisation des changements selon divers scénarios 11. Mise en valeur des résultats sur une plateforme web 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. Recherche bibliographique et plan de recherche (Sept.-Dec. 2017) Définition du plan de recherche (Nov.-Dec. 2017) Analyse des scéarios pour le Grand Genève (Nov.-Dec. 2017) Certificat de Géomatique (Jan. 2018) Analyse des changements d utilisation du sol passé (Fév.-Avr 2018) Modélisation des changements selon divers scénarios (Mai-Juin 2018) Rédaction d un mémoire ou d une publication (Jul.-Sep. 2018) 4- Interdisciplinarité :Cliquez ici pour taper du texte. Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «fort» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Utilisation du sol, planification territoriale, changement démographique Systèmes d Information Géographiques, Modélisation, Dashboard, Site web 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Lieu de travail et encadrement : Cliquez ici pour taper du texte.

104 Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Prof. Anthony Lehmann (anthony.lehmann@unige.ch)??? Collaboration souhaitée avec différents services cantonaux (DGAN, ) 7- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Agglo, P., DESCRIPTIF DES ZONES D'AFFECTATION SIMPLIFIEE, Geneva: Direction générale de l'aménagement du territoire. Burgi M., H. A. &. S. N., Driving forces of landscape change: current and new directions. Landscape Ecology 19, pp RIKS, [Online] Available at: [Accessed ]. Waldvogel, H. v. d. W. R. R. T. M. A., Le Schema d'agglomération et ses mesures, Geneva: Comite Regional Franco-Genevois. A. Gago-Silva, N. Ray and A. Lehmann, Spatial dynamic modeling of future scenarios of land use change in Vaud and Valais, Western Switzerland. International Journal of Geo-Information. E. Mancosu, A. Gago-Silva, A. Barbosa, A. de Bono, E. Ivanov, A. Lehmann and J. Fons, Future land-use change scenarios for the Black Sea catchment. Environmental Science and Policy Voir aussi:

105 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Exploration du Nexus «Food-Water-Energy-Ecosystem» du canton de Genève 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. La gestion intégrée de notre territoire devient de plus en plus nécessaire à mesure que les ressources territoriales s amenuisent et que la pression anthropique s accentue. Sur le canton de Genève, cette gestion demeure très cloisonnée car les structures administratives le sont elles-mêmes, mais aussi car les outils intégratifs sont rares. C est dans ce contexte que nous proposons ce sujet de Master afin d explorer le potentiel de l approche Nexus aussi bien d un point de vue analytique qu au niveau de l intégration des politiques environnementales du Canton. 2- Objectifs du travail de Master : Cliquez ici pour taper du texte. 12. Etablir la matrice des interactions entre Agriculture-Eau-Energie-Ecosystème selon (Biggs et al. 2015). 13. Identifier un certain nombre de cycles d activité importantes et les modéliser avec l approche du «Live Cycle Analysis» selon le modèle «Multiple-scale integrated assessments of societal metabolism» (Giampietro and Mayumi 2000, Giampietro and Bukkens 2015). 14. Proposer des liens entre les approches des LCA et des Services écosystémiques (Chaplin-Kramer et al. 2017) Examples of fundamental internal (livelihoods water energy food) and external (influencing) factors which need consideration for attaining ELS. Through quantifying such factors the system can be used to promote sustainable development by balancing sustainable activities within livelihoods and the environment. (Biggs et al. 2015) 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. - Recherche bibliographique et plan de recherche (Sept.-Dec. 2017)

106 - Définition du plan de recherche (Nov.-Dec. 2017) - Préparation de la Matrice du Nexus du Canton de Genève (Nov. 2017) - Apprendre l approche MUSIASM (Dec. 2017) - Certificat de Géomatique (Jan. 2018) - Développement du Modèle, simulation et analyse des résultats (Fév.-Juin. 2018) - Rédaction d un mémoire ou d une publication (Aou.-Sep. 2018) 4- Interdisciplinarité :Cliquez ici pour taper du texte. Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «fort» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Agriculture-Eau-Energie-Ecosystème Live Cycle Analysis, Systèmes d Information Géographiques 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Lieu de travail et encadrement : Cliquez ici pour taper du texte. Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Prof. Anthony Lehmann (anthony.lehmann@unige.ch) Un autre enseignant de l ISE intéressé par le sujet Collaboration souhaitée avec l équipe du Prof. Mario Giampietro de l Université de Barcelone 7- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Biggs, E. M., E. Bruce, B. Boruff, J. M. A. Duncan, J. Horsley, N. Pauli, K. McNeill, A. Neef, F. Van Ogtrop, J. Curnow, B. Haworth, S. Duce, and Y. Irnanari Sustainable development and the water-energy-food nexus: A perspective on livelihoods. Environmental Science & Policy 54: Chaplin-Kramer, R., S. Sim, P. Hamel, B. Bryant, R. Noe, C. Mueller, G. Rigarlsford, M. Kulak, V. Kowal, R. Sharp, J. Clavreul, E. Price, S. Polasky, M. Ruckelshaus, and G. Daily Life cycle assessment needs predictive spatial modelling for biodiversity and ecosystem services. Nature Communications 8. Giampietro, M., and S. G. F. Bukkens Analogy between Sudoku and the multi-scale integrated analysis of societal metabolism. Ecological Informatics 26: Giampietro, M., and K. Mayumi Multiple-scale integrated assessments of societal metabolism: Integrating biophysical and economic representations across scales. Population and Environment 22: N :

107 Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Plateforme communale d information sur l environnement 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. La quantité d information disponible sur l état de l environnement (Eau, Biodiversité, Air, Bruit, Déchets) est de plus en plus riche et variée, mais cette information demeure complexe à visualiser et à analyser. L objectif de ce travail est de mettre en place une plateforme web d information sur l état de l environnement à l échelle communale destinée au grand public ainsi qu aux responsables communaux de ces sujets. En effet, le niveau d information est sans doute actuellement assez faible par rapport aux données disponibles. Le projet se propose d utiliser les données disponibles par les portails cantonaux (SITG, ASITVD) et nationaux (InfoSpecies, Swisstopo, OFEV, OFS). 2- Objectifs du travail de Master : Cliquez ici pour taper du texte. 15. Analyser les besoins des responsables communaux 16. Proposition de la structure et des fonctionnalités de la plateforme 17. Création des tableaux de bord des différents modules (Eau, Biodiversité, Air, Bruit, Déchets) 18. Intégration des différents modules dans une plateforme web 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. Recherche bibliographique et plan de recherche (Sept.-Dec. 2017) Définition du plan de recherche (Nov.-Dec. 2017) Analyse des besoins des responsables communaux (Nov. 2017) Certificat de Géomatique (Jan. 2018) Proposition de la structure et des fonctionnalités de la plateforme (Fév. 2018) Création des tableaux de bord des différents modules (Fév.-Juin 2018) Intégration des différents modules dans une plateforme web (Juin 2018) Rédaction d un mémoire ou d une publication (Aou.-Sep. 2018) 4- Interdisciplinarité :Cliquez ici pour taper du texte. Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «fort» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Eau, Biodiversité, Air, Bruit, Déchets Systèmes d Information Géographiques, Dashboard, Site web 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Lieu de travail et encadrement : Cliquez ici pour taper du texte. Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Prof. Anthony Lehmann (anthony.lehmann@unige.ch)

108 ??? Collaboration souhaitée avec différents services cantonaux (DGAN, DGEAU, ) 7- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte.

109 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Modélisation hydrologique combinée des eaux de surface et des canalisations : couplage SWAT-SWMM 1- Problématique : Cliquez ici pour taper du texte. Ce projet s inscrit dans le cadre du développement de l analyse des effets des changements climatiques sur l hydrologie des bassins versants. Bien que les autorités locales ne puissent que participer modestement aux efforts pour lutter contre le problème global des changements climatiques (mitigation), elles sont aux premières loges pour préparer aujourd hui les mesures d adaptation qui seront efficaces demain. Il s agit notamment de réfléchir à une meilleure utilisation du sol afin de minimiser les effets nuisibles des changements climatiques. L objectif de ce projet est donc d analyser dans le détail les effets des changements climatiques sur un bassin versant du Canton de Genève. Ce projet permettra de se familiariser avec la manipulation des séries temporelles climatiques et hydrologiques, les bases de données SIG (modèle numérique de terrain, carte des sols, utilisation du sol), et enfin d apprendre à manipuler un modèle hydrologique «Soil and Water Assessment Tool» (SWAT)(Rahman et al. 2015) et un modèle hydraulique «Storm Water Management Model»(Peleg et al. 2017) (SWMM), ainsi que leur couplage (Rai et al. 2017, Shrestha et al. 2017). 2- Objectifs du travail de Master : Cliquez ici pour taper du texte. 19. Analyser les besoins du service de la Direction Générale de l eau 20. Couplage du modèle SWAT et SWMM avec OpenMI 21. Modélisation d un bassin versant du canton 22. Impact possible des changements climatiques 23. Mise en valeur des résultats sur une plateforme web 3- Déroulement :Cliquez ici pour taper du texte. Recherche bibliographique et plan de recherche (Sept.-Dec. 2017) Définition du plan de recherche (Nov.-Dec. 2017) Analyse des besoins de la DGEAU (Nov.-Dec. 2017) Certificat de Géomatique (Jan. 2018) Couplage des modèles SWAT et SWMM (Fév.-Juin 2018) Intégration des différents modules dans une plateforme web (Juin 2018) Rédaction d un mémoire ou d une publication (Jul.-Sep. 2018) 4- Interdisciplinarité :Cliquez ici pour taper du texte. Le degré d interdisciplinarité peut être considéré comme «fort» dans le sens que ce sujet de master fait appel aux disciplines suivantes : Domaines : Hydrologie, Climatologie Systèmes d Information Géographiques, Modélisation, Dashboard, Site web 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. La participation au Certificat de Géomatique 2018 est souhaitée. Capacités de travailler de manière autonome et de s autoformer sont souhaitées. 6- Lieu de travail et encadrement : Cliquez ici pour taper du texte.

110 Ce travail de master s effectuera au sein du Laboratoire envirospace ( et sera encadré par : Prof. Anthony Lehmann (anthony.lehmann@unige.ch)??? Collaboration souhaitée avec différents services cantonaux (DGEAU, ) 7- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. Peleg, N., F. Blumensaat, P. Molnar, S. Fatichi, and P. Burlando Partitioning the impacts of spatial and climatological rainfall variability in urban drainage modeling. Hydrology and Earth System Sciences 21: Rahman, K., A. G. da Silva, E. M. Tejeda, A. Gobiet, M. Beniston, and A. Lehmann An independent and combined effect analysis of land use and climate change in the upper Rhone River watershed, Switzerland. Applied Geography 63: Rai, P. K., B. R. Chahar, and C. T. Dhanya GIS-based SWMM model for simulating the catchment response to flood events. Hydrology Research 48: Shrestha, N. K., O. T. Leta, and W. Bauwens Development of RWQM1-based integrated water quality model in OpenMI with application to the River Zenne, Belgium. Hydrological Sciences Journal-Journal Des Sciences Hydrologiques 62: Voir aussi:

111 N : TITRE: Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Flash flood forecasting based on rainfall thresholds: An adaption of existing algorithms to the local scale. 1- Problématique : Extreme rainstorms often trigger catastrophic flash floods, which can cause major economic damage. In Switzerland, for example, a single rainfall event caused a damage of 85 Mio. CHF in October 2011 and thereby accounted for around 71% of the total damage caused by mass movements in this year (Andres et al., 2013). To prevent such damage, there exist a variety of systems that use information on observed and forecasted precipitation and issue flash flood warnings (Alfieri et al. 2015). Especially in small catchments, however, the forecast of flash floods remains challenging, because extreme discharge tends to occur as a result of localized convective rainfall and response times to issue such warnings are often very short. To provide valuable information for emergency management at the local scale, these systems therefore need to be well adapted to local conditions and take locally available data into account. In this context and in the framework of the ANYWHERE project (anywhere-h2020.eu), it is planned to adapt existing algorithms used to issue flash flood warnings at the European scale to the canton of Bern, Switzerland, and investigate the added value of local data sources. 2- Objectifs du travail de Master: The objective of this thesis is to adapt and apply algorithms of the flash flood early warning system (FF-EWS) developed at the European scale (Alfieri et al., 2015) to locally available data sources in the canton of Bern, Switzerland. The algorithm thereby calculates the catchment aggregated rainfall and its return period within a catchment based on radar observations (Figure 1). In the canton of Bern, it can be run using the data from the MeteoSwiss radar network, as well as the high-resolution topography maps available in Switzerland. To assess the reliability of the approach, it can for example be tested using the CombiPrecip product of MeteoSwiss or actual damage records. Moreover, the added value of the approach with respect to the use of coarser European radar composites (OPERA) and topography could be investigated.

112 Figure 1: Example of the FF-EWS applied in Catalonia during an event on the September Left: Accumulated precipitation for 13 September 2006 based on radar precipitation estimates (the circles indicate rain gauge accumulations). Right: Return period of the entire event (the red dashed ellipses indicate the areas where floods were reported) (Alfieri et al., 2015). 3- Déroulement : The student conducts a literature review and identifies the most important research gaps and challenges in this field. The main focus of the thesis, however, will lie on qualitative and quantitative data analysis. Thereby, access to radar data of MeteoSwiss will be provided, and the analysis could include the following steps: (1) Calculation of catchment aggregated rainfall (and eventually return periods) for distinct events and rivers in the canton of Bern using radar data of MeteoSwiss, detailed topographical data, and existing algorithms of the FF-EWS, (2) comparison with accumulations (and eventually return periods) obtained with the CombiPrecip product of MeteoSwiss or actual damage records, i.e. qualitative description and quantification of performance and errors, (3) implications and recommendations for operational applications. If time is sufficient and the student is interested in further analyses, the performance of the approach could eventually be compared to results obtained with the coarser European radar composite (OPERA) and topography (optional). 4- Interdisciplinarité : This study is an applied work in the field of meteorology and closely linked to operational applications in risk management (e.g. hydrology). The student will gain insights into different approaches estimating rainfall intensities (e.g. radar, meteorological stations) and learn how to process such data and derive relevant information for risk management. Furthermore, the student will apply statistical methods to validate such approaches. Finally, the student will prepare results which are directly relevant for cantonal authorities. 5- Formation requise: a) background or strong interest in atmospheric science, b) programming skills (e.g. Matlab or R) and some statistical background, c) experience with the structure and handling of spatial data, d) ability to communicate and write in English 6- Références Initiales:

113 Alfieri, L., Berenguer, M., Knechtl, V., Liechti, K., Sempere-Torres, D., & Zappa, M. (2015). Flash Flood Forecasting Based on Rainfall Thresholds. Handbook of Hydrometeorological Ensemble Forecasting. Andres, N., Badoux, A., & Hegg, C. (2013). Unwetterschäden in der Schweiz im Jahre Wasser Energie Luft, 105(1). 7- Lieu de travail et encadrement : C3i, ISE, UNI Carl Vogt, Prof. Dr. Markus Stoffel, markus.stoffel@unige.ch, Dr. Mario Rohrer, mario.rohrer@unige.ch, Michael Fehlmann, michael.fehlmann@unige.ch

114 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Parasitism in Aquatic ecosystems 1- Problématique : In today s world, much affected by human induced climate change and warming, there is an apparent increase in infectious diseases 1,2. Not only human diseases, but also infectious diseases in the natural world seem to be increasing. One of the most distinct examples is the decline of amphibians due to parasitic fungi called chytrids. Chytrids are obligate parasites belonging to the phylum of Chytridiomycota. A swimming chytrid zoospore is able find and infect the host, forming a sporangia that releases new zoospores upon maturation. Chytrid infections have led to a worldwide decline of amphibians, and has pushed some endangered species on the brink of survival over the edge 3. Although this example can be seen as a clear negative effect of parasitism on the survival of species, parasitism is actually one of the most dominate life forms on earth 4, integral to ecosystem functioning. Also in aquatic ecosystems parasitism is very common and it plays an important role 5 7. It is however still under-represented in scientific research. Here we use a parasite host system of chytrids infecting Planktothrix, a common species of toxic cyanobacteria. This parasite-host system allows for all kinds of experiments to investigate interactions and correlations between environmental factors such as temperature, light and nutrients and parasitic infection. Especially in the light of toxic cyanobacteria which are often considered a nuisance species or even dangerous due to the production of compounds toxic to humans. Planktothrix filament cyanobacteria) Chytrid fungi sporangia Figure 1: infection of a Planktothrix rubescens filament by a chytrid fungi. 2- Objectifs du travail de Master: This parasite-host system has a lot of potential for experimental research. It is relatively easy to handle, and can provide a lot of insight into dynamics of parasite-host interactions. Furthermore, there are still a lot of unknowns about the infection dynamics and effects of environmental factors. The objective for the research is to get a better fundamental understanding of parasitic infections in aquatic ecosystems and how climate change might affect these. Beside the research objective, the process of learning how design and perform experiments and interpret data is also major objective. Examples of potential experiments are: Effects of environmental factors (e.g. temperature, light, nutrients) on infection dynamics or proliferation of infection. Mode of action for zoospore-host recognition and effect of (toxic) cyanobacterial bioactive compounds.

115 3- Déroulement: 1. Exploratory literature research to get acquainted with aquatic microbial ecology, phytoplankton and the effects and roles of parasitism. Furthermore, getting familiar with maintaining phytoplankton cultures and chytrid fungi and using the lab equipment. 2. Experimental phase: a. Designing an experiment and formulating a hypothesis. To be able to perform an experiment a good design and planning is necessary: -What are the different treatments? -What and how will we measure, which methods? -How many replicates are needed for good statistical power? -What materials are needed? -Is there enough space in the incubators? etc. b. Performing the experiment. 3. Interpretation of data and writing. 4- Interdisciplinarité: This research will be both looking into climate change issues as well as microbial ecology. There is also a strong link to social aspects due to the importance of freshwater ecosystems as drinking water reservoir and recreational areas. Furthermore, there is potential for other disciplines as well depending on the outcome of the type of experiments to be done. 5- Formation requise (optionnel):an interest in ecophysiology and controlled experiments under laboratory conditions are a plus for this project. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 1. Ostfeld, R. S. Climate change and the distribution and intensity of infectious diseases. Ecology 90, (2009). 2. Harvell, C. D. et al. Ecology - Climate warming and disease risks for terrestrial and marine biota. Science (80-. ). 296, (2002). 3. Skerratt, L. F. et al. Spread of chytridiomycosis has caused the rapid global decline and extinction of frogs. Ecohealth 4, (2007). 4. Price, P. W. Evolutionary Biology of Parasites. (Princeton University Press, 1980). 5. Weinbauer, M. G. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiol. Rev. 28, (2004). 6. Brussaard, C. P. D., Kuipers, B. & Veldhuis, M. J. W. A mesocosm study of Phaeocystis globosa population dynamics: I. Regulatory role of viruses in bloom control. Harmful Algae 4, (2005). 7. Ibelings, B. W. et al. Host Parasite Interactions Between Freshwater Phytoplankton and Chytrid Fungi (Chytridiomycota). J. Phycol. 40, (2004). 7- Lieu de travail et encadrement : Experiments will be done at the University of Geneva in Sciences III at the 4th floor. Supervision will be by prof. dr. Bas Ibelings and PhD-student Joren Wierenga

116 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Histoire et comportement d éléments chimiques à intérêt technologique (TCEs) dans le lac Léman 1- Problématique : Des progrès considérables ont été réalisés ces dernières décennies dans la compréhension du devenir environnemental et du comportement écotoxicologique des éléments chimiques utilisés traditionnellement, tels que Pb, Cu, Zn, etc. Néanmoins, d autres éléments presque inutilisés jusqu à présent sont devenus de plus en plus importants ces dernières années dans le développement de nouvelles technologies (p.ex., technologies de l'information et des télécommunications, ou technologies liées aux énergies dites propres). Ces éléments, souvent appelés «éléments à intérêt technologique» (technology-critical elements, TCEs) incluent Ga, Ge, In, Te, Nb, Ta, les éléments du groupe du platine (PGE: Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Ru) et la plupart des terres rares (REE: Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu). Or des lacunes importantes existent dans nos connaissances sur leur comportement environnemental et les risques éventuels que leur utilisation accrue comporte. Dans ce master nous proposons l étude du comportement des TCEs dans un environnement lacustre (le lac Léman). L étude sera réalisée en collaboration avec un des laboratoires de référence dans la détermination des PGEs dans les océans, le IIM-CSIC à Vigo (Espagne) et elle s inscrit dans les activités de l action COST de l UE NOTICE ( 2- Objectifs du travail de Master : Ce travail de master vise d une part à reconstruire l histoire récente de la contamination de l environnement par des éléments chimiques à intérêt technologique (TCEs) à travers l enregistrement sédimentaire, et d autre part à comprendre le comportement de ces éléments dans les eaux douces de surface. Les eaux et sédiments du lac Léman seront pris comme cas d étude. 3- Déroulement :: - recherche bibliographique et intégration des informations (TCEs dans les lacs, sources naturelles et anthropiques dans le lac Léman) ; - sélection des TCEs spécifiques à étudier en fonction des possibilités d analyse et de la pertinence pour le site d étude ; - traitement des données de concentration de TCEs obtenues par le Service d écologie de l Eau du canton de Genève (SECOE) depuis 1995 ; - recherche d autres données complémentaires (autres cantons suisses, Thonon, registres sédimentaires) ;

117 - participation aux campagnes mensuels d échantillonnage du SECOE (eaux Petit Lac), traitement des échantillons ; - analyse de sédiments d une carotte déjà datée et analysée pour d autres constituants ; - mesure des TCEs dans les échantillons d eau et de sédiments à l Instituto de Investigacións Mariñas (IIM- CSIC), Vigo, Espagne ; - évaluation des résultats obtenus, intégration résultats eau-sédiments et mise en correspondance avec les informations obtenues sur les sources naturelles et anthropiques. 4- Interdisciplinarité :Chimie, géologie, limnologie. Applications potentielles en écotoxicologie, traitement de la pollution, etc. 5- Formation requise (optionnel) :Chimiste ou géologue. Autres formations de base ne sont pas exclues; à discuter au cas par cas. Le stage est assez interdisciplinaire mais a un composant important d analyse chimique et traitement de données. L étudiant est censé se déplacer à Vigo pour effectuer des mesures pour une durée à déterminer. Sa participation dans des activités organisées dans le cadre de l action COST NOTICE est encouragée. 6- Références Initiales (optionnel) :Cobelo-García et al., COST action TD1407: network on technologycritical elements (NOTICE) from environmental processes to human health threats. Environ Sci Pollut Res (2015) 22:15188 DOI /s Gascón-Díez et al., High-resolution reconstruction of the 20th century history of trace metals, major elements, and organic matter in sediments in a contaminated area of Lake Geneva, Switzerland. Applied Geochemistry 78 (2017) 1 DOI /j.apgeochem Filella and Rodríguez-Murillo, Less-studied TCE: are their environmental concentrations increasing due to their use in new technologies? Chemosphere 182 (2017) 605 DOI /j.chemosphere Lieu de travail et encadrement : Lieu : Département F.-A. Forel et Instituto de Investigacións Mariñas (IIM-CSIC), Vigo, Espagne. Directrice du travail de master : Montserrat Filella, montserrat.filella@unige.ch Co-encadrants : Jean-Luc Loizeau (Département F.-A. Forel) et Antonio Cobelo (IIM-CSIC).

118 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Les micro- et nanoplastiques: une menace «invisible» pour la santé environnementale 1- Problématique : Les quantités de déchets plastiques actuellement observées dans la totalité des systèmes aquatiques (mers, océans, lacs, rivières) de notre planète ne cessent d augmenter. Cette problématique est d autant plus préoccupante que de nombreux pays ne sont pas en mesure de gérer les flux de déchets plastiques toujours plus importants. Cette pollution, aux conséquences graves, est désormais omniprésente, y compris dans l Arctique et l Antarctique, largement irréversible (quantité et persistance des matériaux plastiques), et ses impacts sur les écosystèmes et la santé humaine encore mal connus. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif de ce travail consiste à évaluer le comportement des plastiques (essentiellement sous forme micro- et nano-particulaires) dans les systèmes aquatiques en tenant compte d aspects physiques, chimiques et écotoxicologiques. Il s agira dans un premier temps de faire le point sur les différents types de plastiques présents (plastiques flottants, plastiques coulants), évaluer leur nature, leur composition et processus de dégradation, leur écotoxicité, puis dans un deuxième temps de se focaliser sur les processus de transformation de ces composés (abrasion, fragmentation, modification de la surface des plastiques) dans différentes situations et leur impact sur les organismes aquatiques. L étudiant (les étudiants) travaillera (travailleront) en parallèle sur des aspects complémentaires sur des échantillons collectés dans le Mediteranee et sur des particules plastiques modèles. 3- Déroulement :Le travail dans un premier temps se concentrera sur une bibliographie assez large qui abordera la problématique générale, les types de plastiques présents dans l environnement, les sources, les mécanismes de transport, et l impacts de ces derniers sur l environnement. Dans un deuxième temps la bibliographie se concentrera sur les études scientifiques liées aux processus de transformation des plastiques sous forme de particules ainsi que les méthodes scientifiques d observation, de comptage et de récolte des plastiques. Sur cette base des échantillons seront ensuite collectés dans et sur le lac Léman. Ces échantillons seront ensuite caractérisés (granulométrie, nature), leurs propriétés de surface étudiées et leur écotoxicité évaluée. En parallèle, une étude sera menée sur des billes de plastiques en laboratoire afin d évaluer le comportement de ces matériaux en présence de composés naturels ou dans en milieu naturel. Ces deux études se focaliseront sur les plastiques nano- et microscopiques afin de pouvoir utiliser les techniques de

119 caractérisation disponibles au Département F.A. Forel. Les deux sujets comporteront un volet écotoxicologique. 4- Interdisciplinarité :l interdisciplinarité est vaste au regard des secteurs touchés par cette problématique ; préservation des ressources, problèmes de santé, cadre législatif et politique, impact sur la faune et la flore, biodégradabilité, consommation, etc 5- Formation requise (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 6- Références Initiales (optionnel) :(1) Peter Kershaw, Saido Katsuhiko, Sangjin Lee, Jon Samseth, Doug Woodring, John Smith, déchets de plastique dans l océan, PNUE annuaire, questions émergentes dans notre environnement mondial 2011, pages 20 à 33. (2) Skye Morét-Ferguson, Kara Lavender Law, Giora Proskurowski, Ellen K. Murphy, Emily E. Peacock, Christopher M. Reddy, The size, mass, composition of plastic debris in the western North Atlantic Ocean, Marine pollution bulletin 60 (2010) (3) Kara Lavender Law, Skye Morét-Ferguson Nikolai A. Maximenko, Giora Proskurowski, Emily E. Peacock, Jan Hafner, Christopher M. Reddy, Plastic Accumulation in the North Atlantic Subtropical Gyre, Science, 329, Lieu de travail et encadrement : Département F.A. Forel, sous la supervision de Vera Slaveykova, et Serge Stoll, et en collaboration avec la fondation Oceaneye Contacts : serge.stoll@unige.ch ; vera.slaveykova@unige.ch ;

120 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER Titre : Développement de scénarios de mortalité face aux vagues de chaleurs en ville Contexte : Les changements climatiques vont entrainer une augmentation de la fréquence et de l intensité des évènements climatiques extrêmes, tels que les vagues de chaleurs. Exacerbés par les îlots de chaleurs urbains, les vagues de chaleurs s avèrent être fortement létales pour les populations urbaines, affectant plus particulièrement les personnes âgées. Afin d identifier les futures risques de vagues de chaleurs, il est essentielle de développer des scénarios de mortalité. Ceux-ci dépendent à la fois des scénarios climatiques (décrivant l intensité et la fréquence des vagues de chaleurs dans le futur) et des scénarios socioéconomiques (décrivant les caractéristiques des populations urbaines dans le futur). Cependant, à l heure actuelle, la majorité des études se concentrent sur les scénarios climatiques et négligent les scénarios socioéconomiques ; elles ne prennent donc pas en compte l influence du développement socioéconomique (augmentation ou vieillissement de la population, augmentation de l îlot de chaleur urbain, etc.) sur les futurs risques de vagues de chaleurs en ville, rendant ainsi les résultats incomplets et contestables. Objectif : Ce travail de Master visera à intégrer l utilisation de scénarios socioéconomiques (principalement démographique) dans les études de risque de vagues en chaleur en ville, dans le but de développer des scénarios intégrés de mortalité. Ceci se fera via un cas d étude précis à définir avec l étudiant(e), tel que une/des villes Suisses ou Européennes, mais aussi potentiellement une/des villes de pays en voie de développement. En prenant en compte simultanément des projections socioéconomiques et des projections climatiques, l étudiant pourra construire des scénarios intégrés de mortalité face aux vagues de chaleurs en milieu urbain. L étudiant(e) pourra alors éventuellement définir et proposer des stratégies d adaptation permettant de passer d un scénario à forte mortalité vers un scénario à plus faible mortalité.

121 Déroulement : Dans un premier temps, l étudiant(e) sera amené(e) à se familiariser avec la littérature existante dans le domaine des risques de vagues de chaleur ainsi que dans le domaine plus global des impacts climatiques en milieu urbain. Il/elle sera ensuite amené(e) à définir un (ou plusieurs) cas d études qui permettront de mener l étude de façon concrète. Une importance particulière sera apportée aux données disponibles pour ces cas d études. L étudiant(e) pourra éventuellement se rendre sur le terrain afin d intégrer les connaissances locales dans son étude. L étudiant(e) sera finalement amené(e) à utiliser les scénarios climatiques et socioéconomiques existants pour le cas d étude afin de les combiner pour créer des scénarios intégrés de mortalité. Ultimement, l étudiant(e) proposera des stratégies d adaptation face aux risques que représentent les différents scénarios. Ce travail de Master fera ensuite l objet de la rédaction et publication d un article dans une revue scientifique internationale, avec l aide des co-directeurs. Interdisciplinarité : Ce travail, à l image des études d évaluation de vulnérabilité et risque climatique, est hautement interdisciplinaire. Il intègre en effet de nombreuses sciences, dont la climatologie, les sciences économiques et sociales et les statistiques, selon le profil de l étudiant(e). Formation requise : Ce sujet étant fortement interdisciplinaire, il convient tout à fait aux étudiant(e)s des filières DDUAP et Climat, Impacts et Gouvernance, ainsi qu à tout étudiant(e) ayant un intérêt pour les risques et vulnérabilités climatiques, particulièrement en milieu urbain. Références : 1) Petkova et al., Towards more comprehensive projections of urban heat-related mortality: Estimates for New-York City under multiple population, adapation, and climate scenarios. Environmental Health Perspectives 2) Marsha et al Influence of climatic and population changes on heat-related mortality in Houston. Climatic Change 3) Anderson et al., Projected trends in high-mortality heatwaves under different scenarios of climate, population, and adaptation in 82 US communities. Climatic Change 4) IPCC, Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Lieu de travail et encadrement : Ce travail sera encadré par Prof. Hy Dao (ISE et UNEP, hy.dao@unige.ch) ainsi que par Guillaume Rohat (guillaume.rohat@unige.ch), qui réalise actuellement son doctorat à l ISE sur un sujet similaire. Possibilité de co-supervision avec un académique du (ou des) cas d études choisis. Ce travail sera principalement réalisé à l ISE.

122 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER 2017 Titre : Développement de scénarios de vulnérabilité face aux changements climatiques Contexte : Les changements climatiques vont entrainer une augmentation de la fréquence et de l intensité des évènements climatiques extrêmes. Associés à une forte urbanisation, ces évènements extrêmes auront des impacts sans précédent sur les villes, et plus particulièrement sur ses habitants. Cependant, les habitants des aires urbaines ne sont pas égaux face à ces évènements extrêmes : certains sont moins bien adaptés, plus sensibles, et plus exposés que d autres, ce qui les rend donc plus vulnérable. Afin d identifier les personnes, villes et régions les plus vulnérables dans le futur, il est essentiel de conduire des études de vulnérabilité future, basées sur des scénarios climatiques et des scénarios socioéconomiques. Cependant, la grande majorité des études de vulnérabilité future utilisent uniquement des scénarios climatiques et n utilisent pas de scénarios socioéconomiques, mais considèrent plutôt les conditions sociétales actuelles. Ces études ne prennent donc pas en compte l influence du développement socioéconomique (augmentation de la précarité, des inégalités, de la démographie, de l urbanisation, etc) sur la future vulnérabilité humaine face aux changements climatiques, ce qui rend donc les résultats contestables et incomplets. Objectif : Ce travail de Master visera à intégrer l utilisation de scénarios socioéconomiques dans les études d évaluation de la vulnérabilité humaine future en zone urbaine. Via un cas d étude précis à définir avec l étudiant(e), il/elle étudiera la vulnérabilité humaine future face aux changements climatiques, en prenant en compte à la fois des scénarios climatiques et socioéconomiques. Le but ultime étant de croiser ces différents scénarios afin de définir des scénarios de vulnérabilité pour un cas d étude donné et sur une échelle de temps précise. Ceci permettra alors d identifier les personnes et zones urbaines les plus vulnérables en fonction des différents scénarios. Déroulement : Dans un premier temps, l étudiant(e) sera amené(e) à se familiariser avec la littérature existante dans le domaine de la vulnérabilité humaine ainsi que dans le domaine des impacts climatiques en milieu urbain. Il/elle sera ensuite amené(e) à définir un (ou plusieurs) cas d études (de préférence une/plusieurs ville(s) de pays en voie de développement) qui permettront de mener l étude de façon concrète. L étudiant(e) sera ensuite encouragé(e) à se rendre sur le terrain pour effectuer la collecte de données et la définition de scénarios socioéconomiques en partenariat avec des acteurs locaux et des habitants, afin d intégrer les connaissances locales. L étudiant(e) sera finalement

123 amené(e) à développer des scénarios de vulnérabilité et à identifier (de façon qualitative ou quantitative, suivant le profil et le souhait de l étudiant(e)) les populations et zones urbaines les plus vulnérables, en fonction des différents scénarios. Idéalement, ce travail de Master fera ensuite l objet de la rédaction et publication d un article dans une revue scientifique internationale. Interdisciplinarité : Ce travail, à l image des études d évaluation de la vulnérabilité, est hautement interdisciplinaire. Il intègre en effet de nombreuses sciences, dont la climatologie, les sciences économiques et sociales, les statistiques et éventuellement les SIG, selon le profil de l étudiant(e) Formation requise : Ce sujet pouvant être traité sous différents angles (plus ou moins qualitatif ou quantitatif), il convient tout à fait aux étudiant(e)s des filières DDUAP et Climat, Impacts et Gouvernance, ainsi qu à tout étudiant(e) ayant un intérêt pour la vulnérabilité humaine face aux changements climatiques. Références : 1) Birkmann, J. et al., Scenarios for vulnerability: opportunities and constraints in the context of climate change and disaster risk Climatic Change, 133(1): ) Dong, W. et al., New climate and socio-economic scenarios for assessing global human health challenges due to heat risk. Climatic Change, 130(4): ) Ebi, K.L. et al., A new scenario framework for climate change research: background, process and futures directions Climatic Change, 122(3): ) IPCC, Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Lieu de travail et encadrement : Ce travail sera encadré par Prof. Hy Dao (ISE et UNEP, hy.dao@unige.ch) ainsi que par Guillaume Rohat (guillaume.rohat@unige.ch), qui réalise actuellement son doctorat à l ISE sur un sujet similaire. Possibilité de co-supervision avec un académique du (ou des) cas d études choisis. Ce travail sera principalement réalisé à l ISE, ainsi que sur le terrain si l étudiant(e) le souhaite.

124 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER N : TITRE : Algae Radar: probabilistic forecasting of water quality 1- Contexte : 1-2 paragraphes dans lesquels on précise de la problématique générale et on pose le problème Deltares ( is an independent institute for applied research in the field of water and subsurface with five areas of expertise: Flood Risk, Adaptive Planning, Infrastructure, Water & subsoil resources, and Environment. Our knowledge development is amongst others supported by software developments and data science. Deltares is currently developing a tool called the Algae Radar. The idea and functioning of Algae Radar can be compared to other well-known tools such as Buienradar (for the prediction of rain showers) or Pollenradar (prediction of pollen). In case of the Algae Radar, algal biomass concentrations in bathing water locations are predicted. The tool is intended to evolve into an app that can be consulted in real time by water boards and recreationists. On the basis of the algal forecasts by the Algae Radar people can verify whether it is safe to visit a particular bathing water location. Contents of the research: - Improve existing forecast model, including definition of new variables - Use data from Lake Paterswoldsemeer as input and validation of the model - Report (or preferably a scientific paper for some journal) Further particulars: - The appointment is for a period of 6-9 months. This can be extended with related work in Geneva - In certain cases we offer remuneration

125 3- Déroulement :1-2 paragraphes expliquant les principales étapes à franchir, les techniques et données utilisées afin d aborder et/ou résoudre le problème Within Algae Radar a data driven modelling approach is used. A first step in the modelling is to use a deterministic regression model to predict the algal biomass from meteorological data (wind speed, radiation, air temperature, etc.). The deterministic model will be extended with stochastic components to deal with uncertainties. Through this extension the model can be made adaptive to actual system conditions. This extended model needs further validation, as well as improvements, and/or extensions. The model will have Lake Paterswoldsemeer (Groningen) and/or Kralingse PLas (Rotterdam) as a case. At Paterswoldsemeer a hyperspectral camera ( is automatically generating data at high frequency (a measurement at every ten minutes). An important topic of research is to find out the value of these dense measurements for modelling algal bloom concentrations on short time scales as well. In the end this must lead to an improved tool for realtime forecasting of algal blooms for the coming 5-7 days using meteo data from the last few days. 4- Interdisciplinarité :expliquer en quelques mots quel est le degré d interdisciplinarité envisagé dans ce travail et quels sont les «disciplines» impliquées This is an opportunity for a Master student who would consider a career in environmental consulting. Deltares is a leading interdisciplinary research and consultancy institute (see and the student will be exposed to various disciplines in many ways, including lunch time lectures. The nature of the project (Algaeradar) means that there will be intense interaction with lake managers in the Netherlands 5- Formation requise (optionnel) : indiquez si le sujet de ce travail nécessite une formation spécifique en amont For these subjects Deltares is looking for a motivated MSc student for improving and extending the existing modelling procedure, but who is also interested in building a (proto type) real-time forecasting model. - Knowledge of (bio)mathematics, and data analysis/data mining techniques - Programming skills: Preferably Python and/or Matlab. Knowledge of Fortran would be welcome but is not strictly necessary. 6- Références Initiales (optionnel) :indiquez quels sont les ouvrages et/ou les articles fondamentaux nécessaires à la compréhension du contexte général

126 Ibelings et al. (2003). Modelling of cyanpbacterial surface waterblooms. Validation with NOAA-AVHRR satellite images. Ecol. Appl. 13, Ibelings et al. (2014).Current approaches to cyanotoxin risk assessment and risk management around the globe. Harmful Algae Lieu de travail et encadrement : indiquez où se déroulera l essentiel du travail ; labo, département, terrain, etc. The work will take place at Deltares in Delft, The Netherlands. The student will be supervised by experts in Deltares. Further information can be obtained from Miguel Dionisio Pires (Miguel.dionisio@deltares.nl) or Henk van den Boogaard (henk.vandenboogaard@deltares.nl). Contact details (and responsible scientist within UniGe) for this project in Geneva: Bastiaan.ibelings@unige.ch. See:

127 N : N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Discovering the microbial dimension : what is life really like for phytoplankton? 1- Contexte : 1-2 paragraphes dans lesquels on précise de la problématique générale et on pose le problème Phytoplankton biodiversity Society greatly depends on ecosystem services like provisioning of drinking water. The continuation of ecosystem services, even in times of great environmental pressure, is highly dependent on biodiversity. If we are to have any hope of solving the current biodiversity crisis we must gain a much better understanding of the mechanisms maintaining biodiversity. The work proposed here offers a unique opportunity to study how natural communities assemble in nature over time and at a fine spatial scales. The knowledge we will gain on how species coexist on spatial gradients will prove relevant for nature conservation where measures to create or maintain habitat heterogeneity are a prime instrument to preserve biodiversty. Moreover it also greatly matters which species are actually present in a community. Keystone species like sea-otters in the Californian kelp forest - or ecosystem engineers exert a disproportionally large effect on ecosystem functioning and services. In contrast, invasive or nuisance species (e.g. harmful cyanobacteria) have a decidedly negative impact on ecosystems. Also here a much more detailed understanding of the drivers of community assembly (in particular for those working on lakes: what determines the outcome of competition between toxic cyanobacteria and other phytoplankton) is urgently needed. Hutchinson s seminal 1961 paper The paradox of the plankton poses the question of how so many different species of phytoplankton can coexist in the seemingly homogeneous environment of a mixed lake. Traditionally competition for limiting resources (light, nutrients) between species is seen as a major force limiting coexistence. Coexistence of species therefore is dependent on niche differentiation. Although over the years many solutions for the paradox have been offered, ranging from disturbance to chaos or neutrality new insights continue to emerge. Here we will revisit one of the self evident solutions to the paradox of the plankton, the opportunity for species coexistence offered by lake heterogeneity. In a heterogeneous environment more species can co-exist than in a homogenous environment. Renewed study of this solution to the paradox is timely because: (i) climate warming is enhancing physical structure and therefore increasing heterogeneity of lakes, potentially promoting plankton biodiversity (a rare positive consequence of climate change?); (ii) technological innovations in lake monitoring presently allow the study of lake heterogeneity at the relevant - small - physical scales which actually determine spatially distinct phytoplankton niches.

128 Spatial scales Much of the aquatic ecosystem research in the past has focused on vertical resolution of the natural water column processes, justified by the fact that water density, temperature, light, nutrients, particulate organic matter, etc. are vertically strongly structured. However, remote sensing images of lakes, like Lake Geneva shown below clearly demonstrate that studying only the vertical component of lake heterogeneity is insufficient, since it denies spatial patchiness. Good understanding of lake heterogeneity is important as it promotes coexistence and biodiversity of lake phytoplankton species, who are at the base of the aquatic food web and promote diversity at higher trophic levels. Hence, in order to better understand the finescaled niches and spatial temperate complexity of phytoplankton distributions, we have to resolve processes and constituents on adequate sufficiently fine scales over large lateral distances. We will deploy one of the first practical systems consisting of small AUVs (explanation below) worldwide, and perhaps the first one to be used in limnology. MERIS satellite Chlorophyll a concentration (color code) and lake surface water currents (arrows) based on a 3D hydrodynamic (Delft 3D) modelling in Lake Geneva One set of innovations, that we will use to uncover the spatial distribution of phytoplankton in a lake are Autonomous Underwater Vehicles (AUVs), small submarines, equipped with various sensors, including fluorescence to capture algae in the lake. Deployment of AUVs allows the collection of data over much wider spatial scales than traditional lake monitoring techniques. A central challenge now is to integrate the sensor based information from the AUVs with modern approaches to study biodiversity. Therefore the instrumentation effort will be complemented by instruments such as flowcytometers that measure essential traits of phytoplankton like size and pigments, allowing a detailed assessment of functional biodiversity. Moreover we have recently designed a microscale phytoplankton sampler (see later in text). This sampler, at the push of a button, takes 100s of phytoplankton samples at fine spatial scales, much smaller scales than with traditional techniques. We are zooming in on the small scales where phytoplankton life actually takes place (see the title).

129

130 Objectifs du travail de Master : 1-2 paragraphes afin d expliquer comment les problèmes soulevés seront abordés et/ou résolus Our study aims to answer the following question: How does fine scale physical structure creating heterogeneous conditions in the lake watercolumn - lakescape - promote the maintenance of a lake s phytoplankton biodiversity? For this the following steps are needed: o o o o o o o o to collect data on physical structure in great detail during periods with contrasting mixing regimes in Lake Geneva during the course of a calendar year (springs vs summer vs autumn vs winter conditions) to capture the fine scale vertical distribution of the (sub)communities which are being established at different depths by deploying the microsampler shown below to extend from single vertical location to horizontal lake scales to assess functional phytoplankton diversity in the samples using microplate readers and flowcytometry to calculate and test indices of α (local), β (turnover) and γ (lake scale) biodiversity of the phytoplankton using appropriate statistical tools to test the hypothesis that at times of larger lake heterogeneity the indices of biodiversity go up and vice versa that homogenization of the lake e.g. by storm events or cold winters that mix the lake leads to a loss of biodiversity to test the hypothesis that spatial niche segregation in space allows species co-existence, so that different phytoplankton communities are found at small distances from each other, each adapted to local gradients in resources like light and nutrients to test the paradox of the plankton the principle of competitive exclusion by testing that species that share the same niche have the same key functional traits cannot coexist in the same habitat, so that similar species will need to be separated in space 3- Déroulement :1-2 paragraphes expliquant les principales étapes à franchir, les techniques et données utilisées afin d aborder et/ou résoudre le problème The key instruments that are needed in the study have all been mentioned above and are listed below. The student will be trained in the use of state of the art instruments. In A typical field campaign will follow these steps and uses these instruments: Phytoplankton microsampler The newly designed microsampler allows to take 100s of simultaneous phytoplankton samples at short spatial intervals (3cm), allowing us to look for coexistence patterns at spatial scales that are far smaller than studied before. The microsampler will be deployed from the new floating lab in Lake Geneva, LéXPLORE, operated in collaboration with EPFL, EAWAG and UNIL, who provide plenty background information, for instance on the physical structure of Lake Geneva.

131 Biotek plate reader Samples from all 300 syringes are directly loaded onto microplates consisting of 100s of small wells. The plates are analyses in a Biotek Synergy plate reader using optical density and fluorescence, giving an instantaneous reading of the biomass and - at the pigment level diversity of the phytoplankton in each syringe sample. CytoBuoy flowcytometer

132 Preserved samples are anaylsed on the LeXPLORE platform or brought back to the lab for detailed analysis of the functional traits of 100,000s of individual phytoplankton cells. The CytoBuoy flowcytometer uses scanning lasers to obtain a wealth of information on size, shape, pigmentation etc of the phytoplankton cells. This key instrument allows assessment of the (functional) biodiversity of phytoplankton AQ2 nutrient analyzer

133 To characterize spatial heterogeneity in the phytoplankton environment it is essential to study the distribution in the availability in plankton resources like phosphorous, nitrogen and silica. For this samples from the microsampler are analyes on an AQ2 autoanalyzer. CTD, microstructure profiler etc In addition, during the field work with EPFL there will be ample opportunity to familiarize oneself with the AUVs and instruments used in lake physics that allow the structure of a lake ( lakescape heterogeneity) to be captured. 4- Interdisciplinarité :expliquer en quelques mots quel est le degré d interdisciplinarité envisagé dans ce travail et quels sont les «disciplines» impliquées This Master project is part of a large interdisciplinary collaboration between UniGE and EPFL in which EPFL delivers the knowledge in robotics (construction and use of of AUVs) and lake physics (structure of the

134 watercolumn),whereas UniGe studies the plankton biology (what drives biodiversity). Hence 3 disciplines come together and undertake joined field campaigns to answer questions of biological nature. 5- Formation requise (optionnel) :indiquez si le sujet de ce travail nécessite une formation spécifique en amont An interest in lakes and their ecology are a plus for this project. 6- Références Initiales (optionnel) :indiquez quels sont les ouvrages et/ou les articles fondamentaux nécessaires à la compréhension du contexte général [Banavar2009]. Banavar JR and Maritan A (2009). Towards a theory of biodiversity. Nature 460, [Benton2003]. Benton TG, Vickery JA and Wilson JD. Farmland biodiversity: is habitat heterogeneity the key? [Cardinale2012] Cardinale, B. J., et al. (2012). Biodiversity loss and its impact on humanity, Nature, 486(7401), [Chesson2000] Chesson, P. (2000). Mechanisms of maintenance of species diversity, Annual Review of Ecology and Systematics, 31, 343. [Cunningham2003] Cunningham, Alex, et al. Fine scale variability in phytoplankton community structure and inherent optical properties measured from an autonomous underwater vehicle, Journal of marine systems 43.1 (2003), [Dudgeon2006] Dudgeon, D., et al. (2006). Freshwater biodiversity: importance, threats, status and conservation challenges, Biological Reviews, 81(2), [Durham2012] Durham, W.M., and Stocker R. (2012). Thin Phytoplankton Layers: Characteristics, Mechanisms, and Consequences. Annual Review of Marine Science, Vol 4, 4,

135 [Hillebrand2009] Hillebrand, H., and B. Matthiessen (2009). Biodiversity in a complex world: consolidation and progress in functional biodiversity research, Ecology Letters, 12(12), [Hitz2012] Hitz, G.; Pomerleau, F.; Garneau, M. E.; Pradalier, C.; Posch, T.; Pernthaler, J.; Siegwart, R.Y., (2012) Autonomous Inland Water Monitoring: Design and Application of a Surface Vessel, Robotics & Automation Magazine, IEEE, 19(1), Trends Ecology Evolution 4, [Hutchinson1961] Hutchinson, G. (1961). Paradox of Plankton, American Naturalist, 95(885), 137 &. [Johnson2008] Johnson, K.S., and Needoba J. A. (2008) Mapping the spatial variability of plankton metabolism using nitrate and oxygen sensors on an autonomous underwater vehicle, Limnology and Oceanography. 53 (5) 2237 xxx? [Litchman2008] Litchman, E., and C. A. Klausmeier (2008). Trait Based Community Ecology of Phytoplankton, Annual Review of Ecology Evolution and Systematics, [Nemergut2013] Nemergut, D. R., et al. (2013). Patterns and Processes of Microbial Community Assembly, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 77(3), [Pomati2012] Pomati, F., Matthews, B., Jokela, J., Schildknecht, A., and Ibelings, B. W. (2012). Effects of re oligotrophication and climate warming on plankton richness and community stability in a deep mesotrophic lake, Oikos 121(8), [Ryabov2012] Ryabov, A. B. (2012). Phytoplankton competition in deep biomass maximum, Theoretical Ecology, 5(3), [Ryan2005] Ryan, John P., Francisco P. Chavez, and James G. Bellingham (2005). Physical biological coupling in Monterey Bay, California: topographic influences on phytoplankton ecology Marine Ecology Progress Series 287, Scheffer 2003] Scheffer, M., S. Rinaldi, J. Huisman, and F. J. Weissing (2003). Why plankton communities have no equilibrium: solutions to the paradox, Hydrobiologia, 491(1 3), [Seuront2006] Seuront, L. and Menu, D. (2006). A pneumatically operated, sumersible. 3 dimensional water sampler for microscale studies, Limnology and Oceanography Methods, 4, [Seuront2006] Seuront, L. and Menu, D. (2006). A pneumatically operated, sumersible. 3 dimensional water sampler for microscale studies, Limnology and Oceanography Methods, 4, Lieu de travail et encadrement : indiquez où se déroulera l essentiel du travail ; labo, département, terrain, etc. Field work will take place on Lake Geneva. Samples will analysed in the labs of Department F.-A. Forel in Sciences II. You will be supervised by Prof Bastiaan Ibelings and PhD student Ena Suarez. Contact details: Bastiaan.ibelings@unige.ch. See:

136 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Évaluation du risque environnemental lié à l'utilisation de sacs compostables. 1- Problématique : Afin de diminuer le volume des déchets incinérables, certains cantons, en collaboration avec les communes, ont mis en place une campagne de collecte des déchets organiques de cuisine auprès de la population. Le déploiement de cette campagne comprend une incitation à utiliser des sacs compostables compatibles avec les processus de traitement sur des sites de méthanisation / compostage, répondant aux normes OK compost / EN 13432, avec en parallèle une suppression des sacs «hérisson» en polyéthylène. Cependant, selon l'état de la technique actuelle, les sacs compostables sont encore composés d'une importante proportion de matière plastique (polyester) issue de ressources fossiles. Le compost produit a pour vocation à être utilisé par les agriculteurs et donc de retourner dans le milieu naturel. Il est important que des particules de plastiques ne soient pas disséminées dans l'environnement, d'autant que la question de la pollution des eaux par des micro/nanoparticules de plastiques est particulièrement importante à l'heure actuelle. 2- Objectifs du travail de Master : L'objectif de ce travail de master consiste à évaluer la présence de résidus (en particulier micro/nano) pendant et après le processus de méthanisation / compostage. Il consistera également à développer des techniques d extraction et de caractérisation de matériaux plastiques dans des matrices complexes. Ce travail devra conclure sur les conséquences (ou l'absence de conséquences) liés à l'utilisation de sacs compostables pour la collecte des déchets de cuisine. 3- Déroulement : - La première étape portera sur l'état des connaissances actuelles en matière dégradation (compostage / méthanisation) de ces plastiques. Une étude bibliographique, ainsi qu'une analyse critique de la norme EN seront réalisées. - La seconde étape portera sur une caractérisation des différents types de sacs compostables disponibles sur le marché genevois et limitrophe, et sur des campagnes de prélèvement d'échantillons des digestats (solide et liquide) issus de la méthanisation, et du compost à différents stades de maturation. En amont, des protocoles d extraction seront développés afin de pouvoir caractériser et quantifier les fragments plastiques. La caractérisation se basera sur l utilisation d un microscope FTIR-ATR installé au département Forel. Des prélèvements dans les champs ayant épandu le compost sont également à envisager. - Enfin, en fonction des résultats obtenus, une évaluation du risque environnemental lié à l'utilisation de sacs compostables pour la collecte des déchets de cuisine devra être

137 faite. Des propositions d'améliorations ou de recherches complémentaires sont attendues. 4- Interdisciplinarité : Ce travail nécessite l intégration de connaissances relatives 1) aux processus de méthanisation/compostage, 2) aux processus liés aux sacs plastiques en matière de synthèse, composition et dégradation, 3) à la chimie et la dynamique des contaminants dans l'environnement, 4) aux techniques analytiques liées à la caractérisation des microplastiques dans des matrices complexes, 5) à la problématique générale de la pollution plastique y compris sa dimension sociétale. 5- Formation requise (optionnel) : Le sujet s'adresse plus directement aux étudiant-es des filières eau et biodiversité. Un intérêt pour les travaux de terrain et de laboratoire est un atout. 6- Références Initiales (optionnel) : 7- Lieu de travail et encadrement : Zoé Cimatti et Serge Stoll (Institut des Sciences de l Environnement, Département Forel)

138 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Solutions pour une restauration à l'emporter zéro déchet? Le cas particulier de l'etat de Genève 1- Problématique : L'Etat de Genève gère de nombreuses cafétérias dans les établissements scolaires et administratifs, la plupart du temps par le biais de mandats. Ces mandats présentent certaines contraintes notamment économiques. La demande du public pour une offre à l'emporter étant importante, les prestataires proposent des contenants à cet effet, pour lesquels il n'y a pas de consigne contractuelle. Par ailleurs, l'offre pléthorique en contenants «écologiques» et la complexité des matériaux qui les composent amènent à des choix difficiles pour les restaurateurs qui voudraient s'engager dans une démarche durable. Ces contenants sont également impliqués dans un cadre plus général dans des problèmes grandissants de littering. 2- Objectifs du travail de Master : Proposer des solutions durables pouvant être réalisées afin d'atteindre l'objectif Take-away zéro-déchet. 3- Déroulement : La première phase du projet sera destinée à étudier les solutions déjà mises en œuvre dans d'autres cantons ou à l'étranger et à identifier les leviers et les contraintes. La seconde partie du projet consiste à recenser les pratiques dans les cafétérias de l'etat. La troisième partie consiste à caractériser l'offre existante sur le territoire genevois et à proximité et à établir des recommandations d'utilisation. Une analyse des coûts/impact environnemental est demandée. La proposition et éventuellement la réalisation d'un projet pilote est envisageable. 4- Interdisciplinarité : Ce travail nécessite l intégration de connaissances relatives 1) aux fonctionnement économique des marchés liés à la restauration grand public 2) à la nature des contenants et notion de packaging 3) aux cycles des contenants «écologiques» dans l environnement de la synthèse à la mise en déchets 4) à la problématique générale de la pollution plastique y compris sa dimension sociétale.

139 5- Formation requise (optionnel) : Le sujet s'adresse plus directement aux étudiant-es des filières eau et biodiversité. Un intérêt pour les travaux de terrain est un atout. 6- Références Initiales (optionnel) :Directive «apéritifs» de l'etat de Genève, Expérience de la ville de Fribourg, Restaurant Silo, Zero-waste Chef, Restaurants Migros, The Exchange. 7- Lieu de travail et encadrement : Service de géologie, sols et déchets : Zoé Cimatti et codirection par un enseignant de l ISE (à déterminer)

140 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Biovolatilisation de l antimoine dans les sols pollués 1- Problématique : L'antimoine (Sb) est un élément trace considéré comme un polluant prioritaire par les agences de protection de l'environnement des États-Unis et de l'union Européenne. Les sources non-naturelles d antimoine comprennent les activités de tir, les mines, les incinérateurs de déchets, les plastiques et les gaz d'échappement des véhicules. Une fois dans le sol, l'antimoine inorganique peut être volatilisé par les microorganismes et les nouvelles espèces chimiques (volatiles) de l antimoine ainsi crées se retrouvent dans l atmosphère. La biovolatilisation des éléments traces est un processus important vis à vis des cycles biogéochimiques mais qui reste cependant peu étudié. C est aussi très important d étudier la biovolatilisation de l antimoine car on ne connait pas encore la toxicité ou l impact sur l environnement des espèces chimiques ainsi formées. 2- Objectifs du travail de Master : L objectif principal de ce sujet de mémoire est d aider au développement de méthodes de piégeage et d analyse des espèces volatiles d antimoine et de réaliser les première mesures d antimoine volatile dans l environnement. 3- Déroulement ::Dans un premier temps, le projet se déroulera en laboratoire et l étudiant(e) travaillera en binome avec une étudiante de thèse afin de développer les méthodes de piégeage des gaz. Cela inclue les analyses d antimoine sur les pièges grâce à un ICP-MS. Dans un deuxième temps, l étudiant(e) pourra utiliser ces méthodes dans l environnement et participer aux toutes première campagnes d échantillonnage qui se dérouleront en Suisse dans des champs de tirs mais aussi dans des endroits non pollués pour établir des valeurs de base. 4- Interdisciplinarité :Ce sujet nécessite un intérêt certain pour la chimie analytique et environnementale sans pour autant avoir de formation initiale. Une connaissance de base en chimie (niveau Master) et une expérience en laboratoire (travaux pratiques ou stage si possible) sont suffisantes. Ce travail ne comporte pas une interdisciplinarité forte mais nécessite des apports conjoints de la chimie analytique, de la biologie, des sciences de l environnement.

141 5- Formation requise (optionnel) :Une bonne connaissance en anglais est requise pour travailler dans le laboratoire bien que le superviseur principal soit français. 6- Références Initiales (optionnel) :Cliquez ici pour taper du texte. 7- Lieu de travail et encadrement : Le projet se déroulera à l Université de Berne dans le laboratoire de spéciation des éléments traces : Ce travail sera co-encadré par Adrien Mestrot et Jaime Caplette à Berne et Montserrat Filella (Département F.-A. Forel) à Genève.

142 N : Master Universitaire en Sciences de l Environnement (MUSE) PROPOSITION DE SUJET DE TRAVAIL DE MASTER TITRE : Dynamique de formation de bulle de méthane (CH 4) dans les sédiments lacustres 1- Problématique : Le méthane (CH 4) est un puissant gaz à effet de serre (GES), ayant un potentiel de réchauffement environ 28 fois plus élevé que le CO 2 dans l atmosphère. Il a récemment été proposé que les lacs joueraient un rôle significatif dans les émissions globales de CH 4 provenant de sources naturelles. Une grande partie des émissions lacustres de CH 4 se fait par ébullition, i.e. des bulles se forme dans les sédiments par accumulation de CH 4 produit en milieu anoxique, puis sont expulsées directement vers l atmosphère. Ce mode de transport vertical du CH 4 est encore très mal compris, notamment aux niveaux des processus affectant la formation de bulles dans les sédiments (Wilkinson et al. 2015) et leurs quantité en CH 4 qu elles contiennent un fois qu elles atteignent l atmosphère (McGinnis et al. 2006). Par leurs comportements imprévisibles, les émissions de CH 4 par ébullition sont très difficiles à mesurer et à estimer avec précision. Bien comprendre les processus de formation et transport depuis les sédiments sont donc primordial à la prédiction et l estimation des émissions de CH 4 par ébullition provenant des lacs. 2- Objectifs du travail de Master : L étudiant/étudiante devra explorer les liens entre les caractéristiques physico-chimie des sédiments et la formation/composition de bulles en CH 4. Des objectifs plus spécifiques devront être développer en fonction des intérêts de l étudiant/étudiante. 3- Déroulement : 1) Revue de la littérature sur le sujet et élaboration des objectifs et hypothèse de travail. 2) Elaboration de la méthodologie (construction de chambres d incubation à partir de pièces existantes (voir photos) et/ou planification de sortie d échantillonnage sur des lacs en Suisse) 3) Expérience en laboratoire/sortie terrain 4) Analyse de donnée et modélisation 5) Rédaction 4- Interdisciplinarité : L étude du méthane dans les sédiments se situe à l interface entre la physique, la chimie et la biologie.