Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation de l'érosion hydrique des sols'

La pression anthropique liée à l’agriculture intensive est souvent à l’origine d’une accélération des processus érosifs, avec des taux d’ablation souvent supérieurs aux vitesses de formation des sols. En Europe et dans le monde, l’érosion hydrique affecte quasi- ment toutes les zones géographiques, `a des degrés divers. La modélisation de l’érosion hydrique peut fournir des informations utiles pour la mise en oeuvre de mesures anti- érosives sur les bassins versants agricoles afin de conserver les ressources en sol et diminuer le transport de sédiments vers les cours d’eau. L’objectif général de cette thèse a été de mener une réexion et une analyse critique sur la problématique de la modélisation de l’érosion hydrique, avec différents angles d’attaque : conceptuel, exploration de modèle et paramétrisation. Nous avons effectué dans un premier temps une analyse bibliographique sur deux des questions qui semblent les plus problématiques dans les modèles d’érosion actuels : la première sur la paramétrisation de l’érosion diffuse et la seconde sur le fonctionnement des éléments d’interfaces du paysage comme les ban- des enherbées. Nous avons ensuite développé un modèle d’érosion hydrique distribué et `a base physique applicable aux échelles du bassin versant et de l’événement plu- vieux. Cette modélisation permet de prendre en considération les éléments d’interface du paysage tout en s’appuyant sur une paramétrisation distribuée facilitée par le re- cours aux systèmes d’information géographique (SIG). Le modèle développé a été calé et validé sur un bassin versant Méditerranéen, en utilisant une procédure de calage multi-échelles. Un autre résultat de ce travail a été le développement d’un cadre général pour l’analyse de sensibilité des modèles d’érosion aux paramètres d’entrée et à leur distribution spatiale, et ceci pour des modèles distribués conçus pour différentes échelles d’espace et de temps. Cette procédure d’analyse a été appliquée à quatre modèles d’érosion (MHYDAS-Erosion, STREAM, MESALES et PESERA). Les résultats montrent des similitudes de comportement pour les différents modèles testés par rapport aux paramètres d’entrée
Anthropogenic activity associated with intensive agricultural production is often the origin of an acceleration in soil erosion processes, such that the rate of erosion will exceed the rate of soil formation. In Europe and the world, water erosion affects all types of landscapes to different degrees. Water erosion models may provide helpful information for the development and application of land management practices in catchments with soil and water conservation concerns. The objective of this work was to reflect on and then critically analyse the problem of water erosion modelling from different points of view: conceptually, model exploration and model parameterisation. From this reflection, and after a literature review, which focused on two of the main problems identified with present-day erosion models, namely model parameterisation and sedimentological connectivity, we have developed a physically based and distributed water erosion model, able to provide dynamic information about soil loss and sediment transport within small agricultural catchments during rainfall events. The model takes into account the effects of land management practices on sediment transport using a distributed GIS parameterisation. The model was calibrated and validated for a Mediterranean catchment, using an automatic and multi-scale calibration procedure. Another result from this work was the development of a sensitivity analysis framework to provide an exploratory analysis of distributed erosion models at different space and time scales. This framework has been applied to four water erosion models (MHYDAS-Erosion, STREAM, MESALES and PESERA). Results have shown a similarity in behaviour of the four erosion models with regards to input parameter variations

Résumé : La dégradation des sols est un processus qui affecte les terres agricoles de la majorité des pays du monde. L'érosion hydrique est d'ailleurs le phénomène de dégradation des sols le plus apparent mais aussi le plus sous-estimé par les agriculteurs. L'objectif de cette recherche est donc d'intégrer à un système d'information géographique (S.I.G.) les facteurs de l'équation universelle des pertes de sol (U.S.L.E.) afin de modéliser les pertes de sol dues à l'érosion hydrique. Cette méthodologie a été appliquée sur un secteur agricole d'environ 500 km2 situé dans les Cantons de l'Est (sud du Québec). Une image satellite HRV de SPOT nous a permis de cartographier l'utilisation du sol. Du modèle numérique d'élévation (M.N.É.) nous avons dérivé la pente et de la longueur de pente nécessaires au calcul du facteur de topographie. Finalement, à la carte pédologique numérisée, nous associons les indices d'érodabilité de chacun des types de sol mesurés à l'aide d'un simulateur de pluie. L'utilisation d'outils modernes et flexibles tels la télédétection et les systèmes d'information géographique (S.I.G.) nous a permis d'améliorer la rapidité de calcul des pertes de sol afin de couvrir de plus vastes territoires. Nous pourrons ainsi contribuer à déterminer plus rapidement et adéquatement des moyens pour corriger la situation avant que les sols les plus sensibles ne deviennent infertiles. Pour l'ensemble du territoire à l'étude, nous avons obtenu des pertes totales de sol de 791 tonnes métriques/an. Elles sont réparties comme suit: 24 Van pour la forêt, 95 Van pour les cultures et 672 t/an pour les secteurs de sol nu. De plus, on observe que 84,96% des pertes de sols se retrouvent sur les sols nus qui ne représentent que 7,35% du territoire. Les forêts qui couvrent 66,09% du territoire n'obtiennent que 3,03 % des pertes totales de sol.||Abstract : Soil degradation is a process that affects croplands in all countries around the word. Water erosion is the most frequently observed process involved in soil degradation but also the less well known by farmers. The purpose of this study is to integrate into a geographical information system (G.I.S.) the universal soil loss equation (U.S.L.E.) factors to estimate soil losses due to water erosion. This methodology was applied in an agricultural region of 500 km2 in the Eastern Townships (southern Quebec). A HRV SPOT satellite image was used to determine land use. From the digital elevation model (D.E.M.) we derived the slope and slope length required to calculate the topographic factor (LS factor). Finally, we added to the G.I.S. the digitized soil map units with their soil erodibility based on rainfall simulator measurements. The use of modern and flexible tools like remote sensing and geographical information systems (G.I.S.) allowed us to increase calculation speed of soil loss to cover more territoriy. This method will also contribute to determine more quickly and adequately the solutions to correct the situation before the more sensitive soils become unfertile. For all our study area, we obtained a total soil loss of 791 metric tons/year. These are divided as follows: 24 t/an for forest, 95 t/an for crops and 672 t/an for bare soils. We also observe that 84,96% of soil losses were found on bare soils that represent only 7,35% of the territory. Forests that cover 66,09% of the territory represent only 3,03 % of the total soil losses.

En zone semi-aride, l'irrégularité temporelle des écoulements pose de sérieux problèmes dans l'évaluation du transport solide dans les bassins versants. Ainsi pour décider d'une méthodologie d'estimation de l'érosion hydrique, les écoulements des deux stations hydrométriques contrôlant les sous bassins versants de Soubella et Ksob (Hodna) sont examinés. Dix années de mesures de concentration en éléments fins en suspension (1975/1976-1984/1985) sont étudiées. L'approche statistique consiste à les homogénéiser par la recherche d'un modèle régressif, significatif reliant le transport solide en suspension au débit liquide - à différentes échelles temporelles - permettant ainsi de quantitfier d'une part l'érosion hydrique, et de dégager d'autre part, la saison productive en sédiments. La période automnale avec une loi de régression simple reste la plus significative, expliquant en moyenne 92% de la variation totale pour Ksob et 54% de la variation totale pour Soubella. Le début de l'automne et de la fin du printemps constituent deux périodes particulièrement productives en sédiments, véhiculant en moyenne plus de 34,21% pour Ksob et 190,55% pour Soubella de l'apport solide moyen annuel.

Les aménagements hydro-agricoles de la vallée du fleuve Niger se dégradent à cause des externalités négatives des activités agropastorales d’amont. A ces externalités on ne peut pas appliquer la taxe pigouvienne parce qu’elles sont diffuses, difficiles à évaluer en termes monétaires. Par contre, elles peuvent être maitrisées par des aménagements antiérosifs,lesquels ne sont pas spontanément adoptés par les agro-éleveurs. Le mécanisme de paiement pour des services environnementaux a été proposé pour inciter les pratiques antiérosives au niveau local entre agro-éleveurs pauvres situés en amont et riziculteurs dégageant des surplus rizicoles et situé en aval. Dans ce contexte, les paiements pour des services environnementaux sont-ils des outils incitatifs efficaces. Pour analyser cette problématique, tous les flux agronomiques et économiques ont été modélisés. Des scénarii ont été simulés afin d’évaluer la faisabilité et l’efficacité des mécanismes de paiements pour des services antiérosifs. Les simulations suggèrent que le mécanisme de paiement est intéressant. Les paiements permettent une meilleure redistribution des bénéfices et une réduction de la pauvreté. Tous les usagers sont gagnants. Les uns subventionnent les aménagements antiérosifs et les autres les adoptent. Ils créent des services antiérosifs qui améliorent la durabilité des ressources et une amélioration des revenus des exploitants
The irrigation schemes of the River Niger valley are degrading because of the negative externalities of the agropastoral activities in upstream. To these externalities, we cannot apply the Pigouvian tax because they are diffuse and difficult to be assessed in money terms. Conversely, they can be mastered by erosion control, but that are not spontaneously adopted by agropastoralist. Thus, the mechanism of payment for environmental services has been proposed to study and analyze the possibility for production a sustained services of control erosion at the local level between poor agropastoralists and rice growers who realize production surpluses. Payments for environmental services are incentive tools, which are original and effective in producing sustained services. Flows of agricultural and economic interests have been modeled. Many scenarios have been simulating in order to assess the feasibility and effectiveness of payment mechanisms for erosion control services. The simulations show that the mechanism of payment was interesting between local users. The payment has made a better redistribution of profits and has alleviated poverty. All users are winners. Some users subsidize for an anti-erosion and other users have adopted them. They have created a sustainable anti-erosion service that has supported a more sustainable management of resources and has improved farm incomes

Résumé : Au Québec méridional, la principale source de dégradation du sol est l'érosion causée par la pluie. L'augmentation de la monoculture en rangs dans les secteurs à topographie accidentée, tel que l'Estrie, accroît les risques d'érosion hydrique. En effet, ce type de culture laisse les champs à découvert, sans protection, au cours des mois de l'année les plus propices à l'érosion hydrique. On peut alors affirmer que les risques d'érosion varient en fonction de plusieurs facteurs, en particulier le degré de protection offert par le couvert végétal en place. Ainsi, pour l'amélioration du calcul des pertes de sol causée par l'érosion hydrique, il devient important de pouvoir calculer le plus précisément possible le pourcentage de couverture au sol de différentes cultures pour une saison végétative, en plus de l'érosivité des pluies dont l'agressivité varie dans le temps et dont l'effet est intimement relié au couvert en place. Des mesures radiométriques (CIMEL) et photographiques furent prises sur le terrain à intervalle d'environ dix jours pour six cultures dominantes. Les mesures radiométriques nous permettent de calculer les indices de végétation tandis que les photographies servent à estimer le taux de couverture végétale pour une saison végétative. L'utilisation d'images SPOT multidates va permettre de déterminer les relations entre les indices de végétation mesurés sur le terrain et ceux calculés avec l'imagerie satellitaire. Par la suite, la relation entre le taux de couverture et les indices de végétation pour chaque culture est établie. Les résultats démontrent différents comportements en terme de couvert, qui correspondent aux périodes de forts et faibles risques d'érosion hydrique pour une saison végétative. Il est également intéressant de constater que l'indice de végétation, en général, surestime le taux de couverture en début de saison et le sous-estime en fin de saison végétative. De plus, la sénescence pose un problème au calcul du taux de couverture à l'aide des indices de végétation, ces cerniers ayant été conçu pour l'estimation de la végétation verte vivante.|| Abstract : In southern Quebec, the main source of soil degradation is erosion induced by rain fall. The growing use of in-row crop planting practices in areas of rough terrain, such as The Eastern Townships, increases the risk of water erosion. These agricultural practices leave the bare soil with no protection during the months of high erosion risk. Erosion risks are related to several factors however, the main factor is the level of protection offered by the vegetation cover. To achieve more accurate results from the Universal Soil Loss Equation, the percentage of ground cover for different crop types should be calculated as precisely as possible, for an entire growing season. It is equally important to measure the strength and quantity of rainfall over the affected area. Field radiometric and photographic data were taken on an interval of approximately ten days for six main crop types. The radiometric measurements allow us to calculate the vegetation indices and the photographic measurements are used to calculate the amount of vegetal cover throughout a growing season. The use of multitemporal SPOT imagery assisted in establishing the relationship between the vegetation indices calculated from the field data, and the ones calculated from the satellite imagery. The relationship between the amount of vegetation ground cover and the vegetation indices for each crop type was then calculated. The results show different behaviours in terms of cover, which are related to the periods of high and low water erosion over a growing season. We can also observe that as a general rule the vegetation indices over-estimate the amount of vegetation ground cover at the beginning of the growing season and under-estimate it at the end. Senescent vegetation creates a problem when calculating the amount of ground cover with the indices since the indices were created to estimate living vegetation.

L'érosion des sols est pourtant connue comme l'un des problèmes environnementaux les plus préoccupants au monde. L'érosion des sols est particulièrement et de plus en plus entraînée par les activités anthropiques dans le cadre du changement climatique. En RDP lao, un pays tropical, l'érosion des sols est due de manière significative à une gestion inappropriée des terres sur les terrains en pente. Le Houay Pano, un bassin versant cultivé du nord de la RDP lao, est exposé à l'érosion des sols, en particulier après la conversion de la culture itinérante en plantation de teck. La mauvaise gestion des terres en défrichant le sous couvert végétal sous la plantation de teck est considérée comme une cause sous-jacente du coefficient de ruissellement (Rc) plus élevé et de l'érosion des sols. Certaines mesures d'atténuation telles que le sous couvert végétal et la végétation rivulaire sont suggérées pour atténuer l'érosion des sols. Cependant, la mesure d'atténuation de l'érosion des sols et l'effet de la gestion de l'utilisation des terres sur le ruissellement de surface (SR) et la perte en sols/rendement de sédiments (Sl) à plusieurs échelles dans la plantation de teck ne sont pas entièrement évalués. Dans ce contexte, nous émettons l'hypothèse que le sous couvert végétal et l'herbe rivulaire atténuent l'érosion du sol dans la plantation d'arbres à teck et que les plantations d'arbres à teck ont ??des impacts sur SR et Sl entraînés par des processus dominants (l'érosion en nappe, l'érosion linéaire et le dépôt de sédiment) sur diverses échelles spatiales. Par conséquent, les objectifs fixés pour ce travail sont : (1) d'évaluer l'effet de la gestion du sous couvert végétal sur le ruissellement de surface et la perte en sols dans la plantation de teck à l'échelle de la micro-parcelle ; (2) d'évaluer la capacité des zones tampons d'herbes rivulaires à atténuer SR et Sl, et d'évaluer leur efficacité de piégeage de l'eau et des sédiments dans les plantations de teck sans sous couvert végétal à l'échelle du versant ; et (3) d'évaluer l'effet de la plantation de teck sur SR et Sl à diverses échelles spatiales (échelles de micro-parcelle, de versant incluant micro-bassin versant, et de bassin versant) dans un bassin versant tropical montagneux à utilisations mixtes de terre. Dans cette étude, le village de Ban Kokngew et le bassin versant d'Houay Pano ont été sélectionnés comme zones d'étude expérimentale pendant la saison des pluies. Des micro-parcelles, des pièges Gerlach et des déversoirs ont été utilisés pour estimer SR et Sl à chaque échelle. Nous avons suivi le modèle TEST développé pour l'érosion en nappe, qui nécessite quelques paramètres, pour évaluer Sl sur la micro-parcelle et le mettre en hautes échelles spatiales pour prédire Sl à l'échelle du versant et du bassin versant. Dans une étude réalisée en 2017 dans les plantations de teck de Ban Kokngew à l'échelle micro-parcelle, nous avons montré que Rc et Sl (23%, 381 Mg·km-2, respectivement) sous teck avec sous couvert végétal étaient inférieurs à ceux sous teck sans sous couvert végétal (60 % et 5455 Mg·km-2, respectivement). Par conséquent, l'atténuation de l'érosion des sols par le maintien du sous couvert végétal sous la plantation de teck réduit Sl de 14 fois. [...]
Soil erosion is yet known as one of the most concerning problems of the environment in the world. Soil erosion is particularly and increasingly driven by anthropogenic activities under the changing climate. In Lao PDR, a tropical country, soil erosion is significantly due to inappropriate land management on the sloping land. The Houay Pano, a cultivated catchment of the northern Lao PDR, is prone to soil erosion, particularly after the conversion from shifting cultivation to teak tree plantation. Land mismanagement by clearing the understory under the teak tree plantation is considered as an underlying cause of higher runoff coefficient (Rc) and soil erosion. Some mitigations such as understory and riparian vegetation are suggested for alleviating soil erosion. However, the mitigation measure of soil erosion and the effect of land use management on surface runoff (SR) and soil loss/sediment yield (Sl) on multiple scales in the teak tree plantation are not fully assessed. In this context, we hypothesize that understory and riparian grass mitigate the soil erosion in the teak tree plantation and that teak tree plantation impacts on SR and Sl driven by dominant processes (inter rill erosion, linear erosion, and deposition) on various spatial scales. Therefore, the objectives set out for this work are: (1) to assess the effect of understory management on SR and Sl in the teak tree plantation on the microplot scale; (2) to assess the ability of riparian grass buffers to mitigate SR and Sl, and to assess their water and sediment trapping efficiencies in the teak tree plantations with no understory on the hillslope scale; and (3) to assess the effect of teak tree plantation on SR and Sl on various spatial scales (microplot, hillslope including micro-catchment, and catchment scales) in a mixed land uses mountainous tropical catchment. In this study, Ban Kokngew village and Houay Pano catchment were selected as experimental study areas during the rainy season. Microplots, Gerlach traps, and weirs were used to estimate SR and Sl on each scale. We followed the TEST model developed for inter rill erosion, which requires a few parameters, to assess Sl on the microplot and upscale it to predict Sl on the hillslope and catchment scale. In a study performed in 2017 in the teak tree plantations of Ban Kokngew on the microplot scale, we showed that Rc and Sl (23%, 381 Mg·km-2, respectively) under teak tree with understory were less than those under teak tree with no understory (60% and 5455 Mg·km-2, respectively). Hence, soil erosion mitigation by keeping the understory under teak tree plantation reduces Sl by 14 times. In a study performed in 2014 in the teak tree plantations of Houay Pano on both the microplot and the hillslope scales, we showed that leaving the riparian grass buffer of at least 6 m could limit SR and Sl discharging downstream during small storms (24-hour rainfall < 54.8 mm) with the trapping efficiency up to 88%. Lastly, in a study performed in 2014 in the teak tree plantations of Houay Pano on various scales, we showed that SR and Sl were significantly higher (p-value < 0.05) in the teak-dominated micro-catchment than in the mixed-land-use micro-catchment. SR and Sl decreased from the microplot (122 - 196 mm, 275 - 1065 Mg·km-2, respectively) to the micro-catchment (24 - 188 mm, 95 - 3635 Mg·km-2, respectively) and catchment scale (33 mm, 236 Mg·km-2, respectively), except that Sl in teak tree plantation increased from the microplot (1065 Mg·km-2) to the micro-catchment scale (3635 Mg·km-2). [...]

Des investigations effectuées le long de la rivière de la Léna en Sibérie ont permis de constater l’ampleur des dégâts causés par l’érosion thermique sur les berges gelées des rivières périglaciaires. En certains endroits de la Léna, on observe des reculs pouvant atteindre plus de 25m par an. Ce processus se produit au printemps, en quelques semaines, pendant la période de débâcle. Afin de mieux comprendre ce processus, deux modèles mathématiques validés par des expérimentations ont été développés. Le premier est un modèle à taux constant dans lequel on suppose que l’érosion thermique se réalise à une vitesse constante. Ce modèle a permis de déterminer le rôle de chaque paramètre sur l’érosion thermique. Il a été validé par des mesures expérimentales en chambre froide. Les expériences ont donné des résultats cohérents avec le modèle à taux constant. La vitesse d’ablation croît avec la température de l’eau, la température de la glace et le débit. Elle diminue avec la teneur en glace dans le pergélisol. Les effets de la température de l’eau et du débit sont les plus importants dans le processus. Le second est un modèle à taux variable basé sur la méthode intégrale de Goodman. Il a permis de mettre en évidence l’existence d’une phase d’accélération dans le processus de l’érosion thermique et de montrer que le modèle à taux constant est un cas limite du problème. Une faible vitesse d’ablation est associée à une faible et longue accélération du processus. Inversement, une importante vitesse d’ablation correspond à une forte et courte accélération. Une fois validée par le modèle expérimental, nous appliquons les deux modèles théoriques aux cas typiques des rivières périglaciaires
In periglacial regions, frozen river banks are affected by thermal and mechanical erosion. In Siberia, bank retreat of up to 25 m per year are observed. This thermal erosion occurs during a few weeks, at springtime, for high enough water temperatures and river discharges. Until now, models of thermal erosion are based on the assumption of a constant melting rate. We have developed a more general model at variable rate, whose solution is calculated with the integral method. Results of this model are compared with experiments, carried out in a cold room. A hydraulic channel allows measurements of the thermal erosion rate of a ground ice sample subjected to a turbulent water flow. Once validated, the model is applied to the periglacial river study case. The model has contributed to better understand the roles of each parameter during the thermal erosion process. High water temperature, discharge and ice temperature produce a tremendous thermal erosion process, whereas the ice content in the soil tends to slow down the thermal erosion process. The effects of water temperature are predominant. Results also show that an acceleration phase occurs at the beginning of the thermal erosion process. The duration of such acceleration phase is systematically studied. A relatively long acceleration phase is related to a low ablation rate. During the flood season, when the water temperature is increased up to 18°C, this acceleration phase lasts only a few minutes. However, for typical data of periglacial river when the water temperature is close to the melting point, the acceleration phase can last a few days

L'objectif du présent travail a été de déterminer les facteurs majeurs à l'origine de l'érosion des sols affectant la région des montagnes centrales située dans les territoires palestiniens. Ainsi, nous avons étudié l'effet de l'utilisation des différents terrains sur les propriétés du sol et choisi les meilleurs outils de modélisation pour prédire l'érosion des sols dans la région. L'analyse des paramètres pluviométriques a été effectuée ainsi que le calcul des paramètres pris en compte dans la modélisation de l'érosion des sols: érodibilité des sols et érosivité des précipitations. De même, l'analyse statistique a été réalisée pour vérifier l'effet des différents types d'utilisation de terrains sur les propriétés de sol, l'écoulement et l'érosion ainsi que pour définir la relation qui les relie. Deux logiciels "Hillslope" du projet de prévision d'érosion par l'eau (WEPP) et Réseau de Neurones Artificiels (RNA) ont été utilisés pour simuler l'écoulement et l'érosion des sols en s'appuyant sur divers scénarii. Concernant le RNA, une étude approfondie à base d'analyses de sensibilité utilisant la capacité de sensibilité d'analyse de RNA et d'analyse statistique, a été réalisée pour choisir les variables d'entrée les plus influentes. L'étude a montré que l'érosion dans le secteur d'étude dépend fortement de taux et de la durée des précipitations ainsi que son intensité comme souvent mentionnée dans la littérature. Les résultats obtenus par le modèle WEPP sont faibles en comparaison aux valeurs observées. Par contre, le modèle RNA donne des résultats très satisfaisants. Ainsi, le modèle global RNA, incluant l'ensemble des données issues des différents terrains utilisés, représente le meilIeur modèle en raison des résultats obtenus très proches de ceux mesurés. Le travail de thèse comporte cinq chapitres qui présentent successivement une synthèse bibliographique sur l'érosion des sols, la zone d'étude, une analyse des données de pluie, une analyse des mesures effectuées sur cinq parcelles et enfin la vérification de différents modèles sur les données collectées.

Dans le vignoble champenois, les phénomènes d'érosion hydrique sont une gène pour la gestion des cultures. Ces processus ont été étudiés. Deux méthodes sont utilisées : cartographie des manifestations de l'érosion hydrique et mesure des quantités de particules déplacées. Cette thèse donne de nombreux résultats et permet de montrer que les surfaces affectées par ce type d'érosion sont importants sur argiles, qu'un rythme saisonnier se dessine et que parmi les facteurs explicatifs la pente semble jouer un des rôles les plus importants
In the vineyard of champagne, the phenomenas of rill erosion are an embarrassment for the managment of the cultivation. For the studies of these processes, two methods was used : the cartography of the rill erosion and the measurement of the quantities of the displaced particles. This study allows to show that the surfaces affected by this type of erosion are important on the clays, that a seasonal rythm appears and that among the explicative factors, the slope seems to have an important part

Dans le bas Vivarais, les viticulteurs sont confrontés au problème de l'érosion hydrique. L'enjeu d'une lutte anti-érosive est d'autant plus important ici que le vignoble occupe une part importante de la S. A. U. , et qu'il est depuis peu sorti d'une production de vins de table. La qualité du sol est donc un critère majeur à préserver pour conserver un terroir de qualité. Mais qu'est ce que l'érosion hydrique ? Quels sont les facteurs qui régissent sa dynamique spatio-temporelle ? Afin de comprendre ce phénomène, l'étude réalisée privilégie deux entrées et deux échelles spatiales d'analyse différentes : le croisement des données obtenues par analyse synchronique de l'occupation du sol du bassin versant du Gazel et celles obtenues à l'échelle de la parcelle expérimentale. L'objectif est de préconiser des solutions de lutte anti-érosives aisées à mettre en place par les viticulteurs, mais aussi de favoriser une gestion intégrée et adaptée au contexte local, à l'échelle de l'unité spatiale du ruissellement.

Cette étude s'inscrit dans le développement de modèles à base physique de l'érosion hydrique à l'échelle des versants. L'objectif est la construction d'un modèle numérique (PSEM_2D, Plot Soil Erosion Model) couplant les mécanismes d'infiltration, de ruissellement et d'érosion. Les paramétrisations sélectionnées sont implémentées dans le modèle. Une première évaluation à partir de données de la littérature donne des résultats satisfaisants et montre l'intérêt d'un tel outil pour l'étude des transferts d'eau et de particules. L'étude se concentre ensuite sur les processus de l'érosion concentrée. L'analyse d'une base de donnée américaine portant sur la distribution granulométrique des particules exportées, l'hydraulique et les régimes d'érosion dans des rigoles révèle l'existence de différents comportements fonction de la texture des sols et sert de base à une comparaison avec PSEM_2D. Les formules de capacité de transport de Low (1989) et de Govers (1992) donnent les meilleurs résultats. Le modèle d'arrachement permet de reproduire les régimes d'érosion mais atteint ses limites quand des rigoles trop profondes se forment. Une étude expérimentale dans un canal de 3 m de long est menée pour améliorer la paramétrisation du transport de particules en distinguant transport en suspension et charriage en fonction en particulier de la taille et de la densité des particules. Enfin, le modèle numérique est utilisé pour une étude de cas de l'érosion hydrique sur une parcelle de 100 m² pour différentes configurations hydrologiques, topographiques et pédologiques. Les résultats sont analysés à l'exutoire de la parcelle et le long d'une toposéquence de 20 m de long divisé en cinq tronçons.

Cette thèse traite du risque de désertification dans le Sud-Est tunisien. Les changements du climat mondial semblent accroître la vulnérabilité de l'Afrique méditerranéenne et causer la baisse des ressources naturelles (notamment les ressources en eau) ainsi que la dégradation des sols. Il apparaît en outre que des techniques agricoles inadaptées contribuent amplement à aggraver la pauvreté et la migration des populations. En montagne, le manque d'entretien des structures et des terres agricoles entraîne une reprise accrue des processus d'érosion hydrique lorsque des pluies de forte intensité surviennent ; en plaine, l'irrigation intensive et le surpâturage provoquent la dégradation des sols et des phénomènes d'ensablement considérables, résultat d'une érosion éolienne exacerbée. Ainsi, le rôle dynamique des croûtes biologiques, qui constituent des composantes écosystémiques majeures, est minutieusement envisagé comme un recours dans l'évolution géomorphologique actuelle d'un milieu aride vulnérable. Ce rôle est hydrologique face à l'aridité climatique et anti-érosif face à la dégradation des terres. Après avoir défini une croûte biologique, le phénomène de désertification et les caractéristiques physiques et humaines du Sud-Est tunisien, le rôle hydrologique des croûtes biologiques tunisiennes le long d'un gradient climatique est mis en évidence par, entre autres, un bilan de l'infiltration/ruissellement effectué in situ à l'aide de simulations de pluie. Le rôle anti-érosif des croûtes biologiques est établi grâce à une identification effectuée en laboratoire de la taxonomie des constituants biologiques et des logiques internes des encroûtements. Leur impact sur la porosité édaphique et sur le piëgeage des particules minérales est ainsi démontré. Enfin, les résultats sont ensuite spatialisés pour montrer le rôle géomorphologique et pédo-écologique des croûtes biologiques dans la stabilisation des versants et dans la limitation de la progression dunaire, il est tenu compte d'une éventuelle aridification du milieu. Des propositions environnementales sont suggérées, des investigations scientifiques futures sont proposées, et des avancées sur cette problématique dans d'autres pays arides du monde sont illustrées en replaçant la thèse dans le contexte de recherche actuel
This thesis work underlines the risk of desertification in southeastern Tunisia. Global climate change appears to increase the environmental vulnerability of Mediterranean Africa causing depletion of natural resources (including water) associated with soil degradation. It also appears that inappropriate agricultural techniques contribute to worsen poverty and population migration. In the mountains, the lack of maintenance of agricultural structures and lands leads to increase water erosion when high intensity rainfall occurs. In the plains, intensive irrigation and overgrazing cause land degradation and considerable sand encroachment as a result of a dramatic increase of wind erosion. Thus, biological crusts dynamic, a major ecosystem component, is carefully considered as a key factor in the current geomorphological evolution of a vulnerable dryland. Its hydrological role is instrumental in regulating land degradation by controlling climate aridity and erosion. After defining a biological crust, desertification phenomena and the physical and human characteristics of South-eastern Tunisia, we performed in situ infiltration /run of balance tests by simulating rainfall in order to study the hydrological role of Tunisian biological crusts along a climate gradient. The anti-erosive role of biological crusts is established through identification of the taxonomy of biological components and internal logic of the crusts. Their impact on edaphic porosity and trapping mineral particles is thus demonstrated. Finally, the results are then spatialized to show the geomorphological and pedo-ecological role of biological crusts in slope stabilization and limitation of dune growth. Thus, a possible role of this process in aridification is also considered. We offer environmental propositions and future scientific investigations in order to give new insights in the role of biological crusts dynamic, an important issue also studied in other world arid countries by other groups, placing this PhD work at the heart of the current problematic world research

On mesure au champ, sur des parcelles de 1 m2 le ruissellement provoqué par des averses artificielles d'intensités contrôlées, de 32 parcelles représentatives de 9 "situations culturales" distinctes. Ce protocole expérimental permet d'apprécier la variabilité spatiale du comportement hydrodynamique au sein de chaque situation, d'évaluer l'influence du traitement agricole et ceci a deux périodes de l'itinéraire cultural (hiver et été). L'exportation des matériaux est influencée par l'intensité du splash, l'énergie de charriage du ruissellement et la présence d'obstacles à la surface du sol, susceptibles de contrecarrer le charriage. On montre alors qu'une surface battue, même couverte et peu sensible au splash, est le siège d'épisodes érosifs fréquents, par suite de la précocité et de l'intensité du ruissellement

En Tunisie, seule une modélisation des flux horizontaux peut permettre de quantifier l'érosion éolienne. Le modèle développé au LISA reproduit bien le flux d'érosion dans les déserts hyper-arides mais son application aux zones arides nécessitait un complément de paramétrisations, en particulier pour traiter des surfaces labourées. Les effets du labourage ont été paramétrés à partir d'expérimentations en soufflerie. Une expression prédictive des flux d'érosion, fonction des caractéristiques géométriques des billons, a pu être proposée et validée pour les surfaces labourées en billons. Des expérimentations sur deux parcelles labourées avec des techniques différentes ont également été menées. Elles confirment les tendances mises en évidence en soufflerie et montrent que le labourage pose problème quand il affecte un sol préalablement protégé de l'érosion. Cette campagne a également permis de valider in situ les nouvelles paramétrisations
In Tunisia, only modelling the horizontal fluxes can allow to quantify aeolian erosion. The model developed in LISA reproduces satisfyingly the erosion fluxes in hyper-arid deserts but complementary parameterizations are needed when applied to arid areas, especially to account for tilled surfaces. The effects of the tillage have been parameterized by performing wind tunnel experiments. A predictive relation for horizontal fluxes depending only on the geometric characteristics of ridges has been developed and validated for tilled surfaces. Experiments on two parcels tilled with differnet tools have also been performed. They confirm the results obtained in wind tunnel and point out that tillage generate erosion problem only for areas previously protected again erosion. These experiments have also allow to validate in situ the new parameterizations

L'érosion interne est l'une des principales causes des instabilités d'ouvrages hydrauliques en terre (digue, levée, barrage ...). Les désordres constatés sur des ouvrages récents soulignent la nécessité d'une meilleure compréhension et quantification des phénomènes qui régissent l'érosion interne. L'entraînement et le transport de grains par les écoulements internes affectent la distribution granulométrique, modifient la porosité ainsi que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques. L'actuelle méconnaissance de ces phénomènes dans les sols sablo-argileux, très fréquents dans les ouvrages, nous a conduit à privilégier l'étude du comportement de ces milieux.
Une étude préliminaire de visualisation et de quantification de l'influence de quatre paramètres (poids volumique, gradient hydraulique, pourcentage d'argile et ouverture des pores du filtre) nous a permis d'une part de valider leur choix et d'autre part de définir un protocole et un prototype expérimentaux adaptés. Le banc expérimental ainsi réalisé, permet de consolider et de confiner les échantillons en évitant tout écoulement parasite.
Les échantillons sont soumis à un écoulement descendant sous gradient hydraulique constant. L'acquisition des données est automatisée afin de suivre continûment le débit d'eau injecté, les variations volumiques des échantillons, la masse et la concentration d'argile de l'effluent. Après validation de l'expérimentation par reproduction puis confrontation avec une étude présente dans la littérature, nous réalisons des essais paramétriques. Ces expérimentations mettent en évidence l'existence d'un seuil de gradient hydraulique pour la suffusion d'une fraction de l'argile, qui s'accroît avec le pourcentage d'argile et la pression de confinement.
Nous constatons l'existence d'un second seuil au delà duquel la migration d'argile s'accompagne de l'érosion régressive de sable, ce qui induit un renard et finalement l'effondrement de l'échantillon. Ce seuil augmente avec le pourcentage d'argile mais décroît avec la pression de confinement. L'influence des caractéristiques du sable sur le renard est également mise en évidence.
Nous proposons une première modélisation numérique 1D de la suffusion qui permet de représenter l'évolution de la concentration en argile de l'effluent et de la masse érodée.
Ce travail permet également d'ouvrir d'intéressantes perspectives de recherche théorique ou expérimentale.

L'érosion hydrique est une des causes essentielles de la dégradation des sols cultivés des plaines tempérées océaniques et continentales. De nombreuses recherches ont été engagées à l'échelle de la parcelle ou du bassin versant grâce aux méthodes traditionnelles de mesure de charge sédimentaire. Mais l'intégration des variabilités interannuelles liées au milieu naturel et aux sociétés humaines impose des résultats sur plusieurs dizaines d'années. De plus, avant toute intervention de lutte anti-érosive, il apparait nécessaire de procéder à un diagnostic spatial de la ressource sol, ce que ces méthodes ne permettent pas de réaliser. Dans ce contexte, l'utilisation d'un radio-traceur, le cesium-137 (@cs), constitue une approche plus rapide et adaptée à cette problématique et complémentaire des autres techniques d'estimation des pertes en terre. Cette méthodologie nous a permis de quantifier, spatialiser et de cartographier la résultante de l'érosion hydrique, à l'échelle de deux bassins versants agricoles : un de 180 ha du nord de la France, dans le soissonnais (Vierzy), et un de 80 ha sur le piedmont des Appalaches, au sud du Québec (Lennoxville). Les sorties nettes sont estimées à 1,9 t/ha/an et 3 t/ha/an respectivement pour Vierzy et Lennoxville. Les redistributions internes de matériels varient de -18 t/ha/an a + 19 t/ha/an pour le site français et de - 20 t/ha/an a + 12 t/ha/an pour le site québécois. La variabilité et les différences de répartition et d'amplitude "des mouvements des sols", ainsi que les sorties nettes aux exutoires, s'expliquent par les pratiques agricoles, l'érosivité des cultures et les conditions morphoclimatiques auxquelles sont soumis ces deux sites agricoles. Parmi les résultats, il apparait que les taux de dénudation sont 12 à 30 fois supérieurs aux processus de pédogenèse en zone tempérée, remettant en cause a plus ou moins long terme la fertilité et la durabilité des agrosystèmes actuels de cette zone climatique
Water erosion is one of the major source of soil degradation on the oceanic and continental temperate plains. Many research works have been undertaken using conventional sediment loading measurements, at spatial scales ranging from plots to watersheds. However, such measurements have to be carried over several tens of years to integrate the interannual variability of climate and cropping practices. Besides, a spatialized assessment of the problem seems essential previously to the implementation of any conservation plan. In this context, the use of the caesium-137 (@cs) radiotracer appears as a fast and well adapted method that complements the other soil erosion assessment techniques. Using this methodology made possible to quantify, spatialize and map net soil movements on two agricultural watersheds : a 180 ha one, located in the soissonnais, northern France (Vierzy), and a 80 ha one, on the appalachian piedmont, in southern Quebec (Lennoxville). The net sediment output was estimated at 1,9 and 3 t/ha/yr in Vierzy and Lennoxville respectively. The internal soil redistribution rates ranged from -18 to +19 t/ha/yr for the french site, and from -20 to +12 t/ha/yr in Quebec. The variability and the differences between the two sites, in terms of net sediment production and of spatial redistribution and magnitude of soil movements, reflect the differences of the morphoclimatic conditions and of the cropping practices encountered in the two watersheds. It appears that the soil loss rates are 12 to 30 times higher that the average pedogenetic processes rates under temperate climate conditions. The long term sustainability of the present agricultural systems are thus questionned

Dans la région de Vidauban (Var), les vignobles sont établis sur des sols développés sur pélites et grès de la dépression permienne, au nord du Massif des Maures. Malgré des pentes faibles, les manifestations de l'érosion sont notables. L'étude a pour but d'éclairer le phénomène, de rechercher plus précisément l'influence de la nature du sol et de diverses façons culturales sur le ruissellement et l'érosion. Trois pratiques agricoles sont comparées: la non-culture par désherbage chimique du sol, le travail traditionnel alliant labours et griffages, enfin l'enherbement (trèfle souterrain). Cette comparaison est menée en adoptant deux points de vue: celui fourni par les techniques de simulation de pluie sur des surfaces exigües inferieures ou égales au m2; celui donne par la mesure du ruissellement et de l'érosion, à l'échelle de parcelles expérimentales de 100 m2, dans les vignes soumises aux conditions naturelles. Les essais de simulation de pluie mettent en évidence les paramètres contrôlant le ruissellement et l'érosion. Un taux élevé d'humidité du sol en début d'essai, une forte intensité de pluie, une texture de sol caractérisée par beaucoup de limons et de sables fins, la non-culture, sont des traits accompagnant les forts taux de ruissellement. Du point de vue de l'érosion, l'humidité élevée du sol avant essai, les fortes intensités de pluie, l'abondance des limons et sables fins non lies par des argiles sont toujours des facteurs favorables. Le traitement de surface le moins conservatoire n'est plus la non-culture mais le travail du sol traditionnel. Quant à l'enherbement, il apparait comme le traitement le plus efficace pour limiter aussi bien le ruissellement que l'érosion. Dans les parcelles expérimentales, le ruissellement est considérable. Globalement pour les trois années de mesures il représente entre 11 et 45% des précipitations selon les sols et le traitement agricole de la surface. L'étude de quelques épisodes pluvieux pris séparément montre que le ruissellement n'apparait que pour une hauteur de pluie supérieure à une valeur dépendant de l'état d'humidité du sol. Les écoulements ne se produisent en outre que si l'intensité de la pluie dépasse un certain seuil. Le travail du sol et l'enherbement conduisent à une augmentation importante de ces valeurs-seuils par rapport a celles correspondant a la non-culture; le ruissellement en est diminué d'au moins 50%. L'érosion a l'échelle des parcelles expérimentales est très forte et peut atteindre 54 t/ha/an. Elle se développe principalement en automne, lors des trois événements pluvieux les plus notables de l'année. L'érosion est accrue lorsque le sol est riche en limons et en sables fins non liés entre eux. Par rapport aux parcelles désherbées chimiquement, les taux d'érosion des parcelles travaillées traditionnellement sont de 1,5 a 3 fois plus faibles. L'enherbement ramène l'érosion a des valeurs très faibles ou nulles. Ainsi, contrairement a ce qui a été noté avec les essais de simulation de pluie, ici l'érosion varie toujours comme le ruissellement. En prenant en compte les taux de ruissellement et un seuil d'intensité au-dessous duquel il ne se produit pas d'érosion significative, il est possible d'établir une relation permettant l'évaluation des taux d'érosion

L'objectif global de ce travail est d'étudier une modélisation multi-échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d'érosion à l'échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l'hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l'écoulement et celle décrivant l'évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l'échelle de la parcelle, nous présentons un système d'équations couplant les mécanismes d'infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L'implémentation et des tests de validation d'un schéma d'ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l'application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles 1m2 au Niger. Dans le but d'aboutir la simulation à l'échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d'inondation dans les équations d'évolution afin de prendre en compte l'effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

L'objectif global de ce travail est d'étudier une modélisation multi échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d'érosion à l'échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l'hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l'écoulement et celle décrivant l'évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l'échelle de la parcelle, nous présentons un système d'équations couplant les mécanismes d'infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L'implémentation et des tests de validation d'un schéma d'ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l'application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles au Niger. Dans le but d'aboutir la simulation à l'échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d'inondation dans les équations d'évolution afin de prendre en compte l'effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code.

In the field of spatial observations of arid and semiarid ecosystems, the interest of remote sensing has long been recognised. The present work investigates the use of remote sensing techniques and digital elevation model analysis to characterise land degradation processes. The main objective is to evaluate the potential of spectral data and geomorphometric variables to discriminate different levels of soil degradation, and to assess ecosystems fragility and their susceptibility to degradation and desertification phenomena. The methodology adopted uses an integrated approach that combines spectral measurements, provided by remote sensing images, and geomorphometric variables, derived from a digital elevation model, in an attempt to define a set of indicators (spectral and topographic) of geomorphic processes and land degradation. Remote sensing techniques are based on two approaches: spectral mixture analysis that deals with heterogeneity at the sub-pixel level, and a set of indices describing the spectrum shape, which are sensitive to soil surface conditions. Integration procedures were involved in two ways. The first is in the correction of terrain-induced image distortions, which provide images free from relief displacement effects (ortho-rectification), and in the removal of topographically induced effects on TM images through a combined atmospheric and topographic correction. The second is in a parametric integration of spectral data and geomorphometric attributes to assess land susceptibility to degradation and desertification processes. Two types of data were collected for this research: satellite optical imagery and ground-based spectro-radiometric measurements. While indices describing soil colour (corresponding to colour parameters Intensity, Hue and Saturation) were used to discriminate different levels of soil degradation based on both ground and satellite data, the spectral mixture analysis was performed on the image to derive relative abundance of scene components. The results show that the spectral indices have enough potential to discriminate different levels of degradation, particularly when bands from the short-wave infrared domain are included (TM5 and TM7). They demonstrate results similar to those generated by spectral unmixing for the assessment of land degradation features in general, and soil erosion in particular. Concerning terrain analysis, this study points up the interest of the integrated use of local topographic attributes and combined topographic indices to characterise the hydrologic behaviour of terrain units, and to understand its effects on landscape evolution. These topographic variables quantify the contextual nature of points and characterise the spatial variability of processes occurring in the landscape. They are the major factors controlling the direction and the intensity of hillslope and hydrologic processes. The latter are responsible for the landscape evolution and its exposure to degradation risks by water erosion. Compared to the method based on curvatures analysis, our approach allows a better identification of homogeneous response units to hydrologic processes. These units are in agreement with flow directions and with the principles governing water and substance motion on the hillslope. Finally, we carried out an integrated analysis of geo-ecological parameters describing the studied ecosystem. It consists in defining hydrologic response units through an integration of spectral information and geomorphometric attributes. This allows us to determine the ecosystem fragility and to evaluate its susceptibility to land degradation and desertification processes.

Complexe, discontinue et non convexe, telle est la spécificité fondamentale de la relation agriculture environnement. Qu'il s'agisse de la pollution des nappes, de l'érosion du sol ou de la salinité, ce sont les effets externes associés au processus de production agricole qui revêtent une apparence complexe et non linéaire. Les apprécier au travers d'une simple réduction aux règles habituelles de l'internalisation, renvoie, non seulement, aux ambigui͏̈tés classique d'une économie de bien-être au sens de Pareto mais aussi à des problèmes de conception et de choix de l'instrument d'analyse. Adopter une approche pluridisciplinaire associant l'économie et l'agronomie, basée sur le couplage d'une modèle bio-physique et d'un modèle économique de programmation mathématique de type multipériode récursif, se révèle très utile dans un domaine où les phénomènes bio-physiques et les facteurs non marchands sont très présents. Appliquée en Tunisie et à une échelle régionale, la région de Zagouhan, cette approche bio-économique a permis d'estimer physiquement les fonctions d'externalités de l'érosion générées par le mode de production actuel et d'évaluer les effets attendus à long terme, d'une part de l'introduction de la politique de conservation des eaux et des sols (CES) et, d'autre part, de l'application de l'instrument contractuel à travers la proposition d'un cahier de charges conditionnant les subventions au respect d'un code de bonnes pratiques
Discontinuities and non-convexities are among the fundamental specificities of the relationship between agriculture and environment. Whereas it concerns groundwater pollution, the erosion of soils or salinity, the externalities associated to the process of agricultural production are complex and mostly non-linear. To evaluate them through the simple way of the usual rules of internalisation is not completely satisfactory. Thus we have adopted a multidisciplinary approach, associating economics and agronomy via a model coupling a bio-physical simulator and an economic programme, optimising the producers behavioury. This model introduces some sophistications, namely a dynamic recursif approach. .

Cette étude analyse l'effet de la structure du sol sur le transfert particulaire par l'érosion hydrique diffuse. Le travail s'appuie sur des simulations de pluie en laboratoire et sur la détermination de la composition granulométrique agrégée des fragments de sol produits par les processus érosifs. Chacun des processus érosifs — désagrégation, mise en mouvement par la pluie, transfert par splash et transport par le ruissellement — est étudié séparément afin de mieux appréhender les mécanismes physiques impliqués. La réalisation de bilans de masse à partir des flux mesurés permet d'identifier la sélectivité granulométrique de la mise en mouvement par la pluie et du transport par le ruissellement. Du fait de cette sélectivité, la composition des fragments de sol mis à disposition des processus conditionne l'intensité des flux érodés. À partir de ces résultats, un modèle de prédiction de l'exportation des sédiments par l'érosion diffuse est ébauché. Ce modèle conduit à la prise en compte de la dynamique structurale des sols dans la modélisation déterministe de l'érosion hydrique diffuse.

Les mécanismes d'érosion sont la principale cause de rupture des ouvrages hydrauliques en remblai, c'est pourquoi il est capital de pouvoir quantifier la résistance des sols à l'érosion. Divers appareillages permettent d'en obtenir une estimation, notamment le Jet Erosion Test (JET) dont le modèle d'interprétation est empirique. L'objectif de ce travail est de statuer sur la pertinence ce modèle d'interprétation. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique 2D de type Navier-Stokes turbulent avec déplacement d'interface et remaillage, permettant de modéliser l'érosion d'un sol cohésif par un écoulement turbulent. En injectant dans notre modèle les paramètres d'érosion trouvés à la suite d'essais de JET, on retrouve numériquement l'évolution de la profondeur d'affouillement obtenue expérimentalement. Nous avons appliqué cette méthode à trois différents essais de JET, les résultats obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. En plus d'une importante étude paramétrique, ces résultats ont permis d'apporter d'importants éléments de validation au modèle d'interprétation du JET. Pour étendre le champ d'applicabilité du modèle, nous avons également appliqué cette méthode de modélisation à la configuration de l'érosion de conduit. Trois essais de Hole Erosion Test (HET) ont été modélisés et nous avons également obtenus des résultats en bon accord avec les résultats expérimentaux. Une analyse de la loi d'érosion et des paramètres d'érosion obtenus à la suite d'essais de JET et de HET a ensuite été initiée. Les bases d'une étude portant sur l'influence de l'angle d'incidence de l'écoulement, sur l'efficacité de l'érosion, ont été posées
Erosion mechanisms are the main cause of hydraulic failure in embankments. Therefore, the resistance of soils to erosion must be quantified. To this hand, several devices are used such as the Jet Erosion Test (JET), whose model of interpretation is strongly empirical. The aim of this study is to determine the relevance of the interpretation model of the JET. For this purpose, a 2D Navier-Stokes numerical model of erosion of cohesive soils by a turbulent flow has been proposed. We first developed and implemented an interface movement model, whose input parameters are the erosion parameters found experimentally by JET test. Then, the scour depth evolutions obtained numerically for three JET test cases are compared to experimental data. Good agreement is obtained. A parametric study has also been conducted to validate the accuracy of the numerical results. These results contribute to the validation of the JET interpretation model. To extend its domain of application, we applied the numerical model to concentrated leak erosion during Hole Erosion Tests (HET). Three HET were modeled and, here again, our numerical results are in satisfactory agreement with the experimental results from the tests. An analysis of the erosion law and erosion parameters obtained with JET and HET was finally initiated. The potential influence of the flow incidence angle on the erosion efficiency was underlined

L'accès aux profils hydriques de sol est essentiel en agronomie et en hydrologie pour connaître l'état de la réserve en eau utilisable par les plantes et les transferts hydriques dans la zone non-saturée. Les techniques de mesures sont aujourd'hui encore très lourdes en main d'oeuvre et peu pratiques. Nous développons une méthode permettant de calculer le profil hydrique a partir de la courbe de signal réfléchi enregistrée par réflectométrie dans le domaine temporel (tdr) le long de guides d'onde (en général deux tiges métalliques parallèles pouvant mesurer jusqu'a 1 m) enfoncées dans le sol depuis la surface. Nous modélisons dans un premier temps la propagation mono dimensionnelle du signal émis par le réflectomètre dans un milieu stratifie donne, de caractéristiques diélectriques supposées stationnaires et lentement variables le long des guides. Nous aboutissons à un modèle temporel discret de calcul de courbes de signal réfléchi a partir d'un profil hydrique donne. Ce modèle simule remarquablement bien les résultats en milieux contrôlés de notre réflectomètre. Notre objectif étant inverse, nous avons explore deux voies pour l'atteindre : l'inversion du modèle de simulation, basée sur un algorithme de layer-peeling, et l'identification du profil via l'optimisation des paramètres d'entrée du modèle de simulation par algorithme génétique. Ces deux solutions donnent des résultats très satisfaisants en milieux contrôlés malgré les défauts du matériel de mesure mis en évidence. la seconde est plus lourde en temps de calcul mais permet de tenir compte d'un amortissement du signal que nous avons introduit dans le modèle de simulation. La première se révèle cependant presque aussi précise en milieu réel que les mesures d'humidité directes a différentes profondeurs par guides d'onde courts enterres et permet d'effectuer des bilans et des suivis de profils hydriques remarquablement fiable.

In this study, we propose a model of water erosion risks for such environments using remote sensing and morphometric data: MEH-SAFER (Modèle d'Érosion Hydrique en milieu Semi-Aride de Forte Energie de Relief). MEH-SAFER is based on the Lamachère and Guillet model (MLG) (Burkina Faso) to the Lake Laka-Laka drainage basin (Bolivia). While preserving the same principle calculations of runoff potential, we have improved the acquisition method of the biophysical data in order to avoid errors related to topography and to the ground data. We have conceived a method based on multisource satellite images (RADARSAT-1, Landsat-7 and SPOT-4). We replaced the geomorphological graphic models used by Lamachère and Guillet with a topographic vulnerability map originating from the MVT (topographic vulnerability model). This, in turn, was derived from a DEM. Several combinations of multisource image and texture bands give classification accuracies greater than 80% for the land use classes. These include, among others, the combinations of entropy-ETM+ 2-ETM+ 4, correlation-ETM+ 2-ETM+ 4, homogeneity-ETM + 2-ETM+ 4, mean-ETM+ 2-ETM + 4, standard deviation-ETM+ 2-ETM+ 4, original radar image-ETM+ 2-ETM+ 4, dissimilarity-ETM + 2-ETM+ 4, angular second moment-ETM+ 2-ETM + 4, XS1-ETM+ 3-ETM+ 4 and XS2-ETM + 3-ETM+ 4. In 83% of the basin, the potential runoff is superior to 0,50 on a maximum of 1. In the remaining 17% of the basin, the potential varies of 0 to 0,42, which is explained by the resistant hydrodynamical characteristics of the geoecological units. The results reported here reveal that in general the study area is not particularly vulnerable to erosion and that as a consequence the perceived rate of sedimentation is a natural consequence of the morphoclimatic conditions of the drainage basin. The main contribution of this study is the development of the MEH-SAFER. It includes several original ingredients including the numerical processing of multisource satellite data and morphometric topographical and auxiliary data. It also incorporate statistically identified biophysical parameters to be included in the modeling"--Résumé abrégé par UMI.

L'archipel de Mayotte, situé au nord du canal de Mozambique, est une collectivité territoriale subissant depuis une dizaine d'années un développement économique et démographique sans précédent. Cette croissance démographique brutale et l'explosion des infrastructures (habitat, axes de communication) nécessitent une gestion adaptée des ressources naturelles, en particulier hydriques, et développent des perturbations dans l'environnement de cette île volcanique très altérisée. Ces deux facteurs, très dépendants d'une démographie difficile à maîtriser, représentent des enjeux économiques majeurs pour le développement harmonieux de l'île et la préservation de son remarquable environnement, atout économique décisif. Le contexte hydroclimatique présente deux spécificités orientant d'elles même l'étude. Il s'agit d'un contexte contrasté et encore mal connu. La ressource pluviométrique, terme largement créditeur du bilan hydrique, est concentrée sur quelques mois de l'année, ce qui engendre le tarissement sensible du système hydrologique de surface et l'existence d'un ruissellement bref mais intense à l'origine d'une érosion mécanique préoccupante. Le terme le plus sensible du bilan hydrique est le flux ruisselé (principale source d'eau de consommation locale). La modélisation des fréquences annuelles en matière d'intensités fines de pluie permet le calcul de débits de pointe ainsi que la détermination des pluies de projet et de la constante de stockage K des bassins versant. Le transfert à l'équation de stockage est alors établi pour chaque bassin. L'incidence des intensités est l'érosion, active sur une île volcanique ancienne (8MA) soumise à une agriculture encore axée en partie sur le brûlis et le surpâturage. L'impact direct est la turbidité des cours d'eau, très corrélée aux intensités pluviométriques. L'autre conséquence est l'envasement du lagon. Diverses relations liant la pluviométrie au flux érodé et ruisselé permettent d'établir des seuils pluviométriques de déclenchement des départs de terre, suivant le couvert végétal considéré, et de mettre en valeur l'efficience de pratiques anti érosives simples.

L'augmentation de la mécanisation lors de l'exploitation forestière combinée aux changements climatiques augmente le risque de circuler dans les mauvaises conditions et donc de dégrader les sols. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des outils d'aide à la décision capables de prédire la praticabilité des sols forestiers. Cependant, évaluer la praticabilité avec des outils simples et des données facilement accessibles est complexe. En effet, elle dépend de multiple facteurs : la susceptibilité du sol à se déformer, la charge appliquée, le seuil de déformation toléré et l'état hydrique du sol. Ce travail vise à mieux comprendre et prévoir la dynamique hydrique des sols forestiers et des cloisonnements (i.e. chemins dédiés à la circulation des engins forestiers). Les objectifs sont les suivants : (i) améliorer notre compréhension de l'effet du tassement sur la teneur en eau des sols forestiers, (ii) paramétrer un modèle de fonctionnement hydrique en contexte forestier et (iii) être capable de prédire l'humidité des sols dans un contexte opérationnel. Nous avons mis en place un observatoire des cloisonnements qui a permis de fournir une base de données sur les propriétés hydrodynamiques des sols forestiers et sur l'évolution de la teneur en eau. Nous avons estimé les paramètres hydrodynamiques (PH) avec la méthode BEST sur des binômes de sols circulés-non circulés. Nous avons développé une loi de passage prédisant les valeurs de la teneur en eau à saturation et de la conductivité hydraulique à saturation des sols circulés à partir de ceux non circulés. Ensuite, nous avons paramétré un modèle de fonctionnement hydrique mécaniste basé sur l'équation de Richards en contexte forestier. Nous avons évalué la capacité du modèle à prédire la teneur en eau selon différents jeux de PH estimés par : la méthode BEST, une fonction de pédotransfert FPT ou calage. Le modèle combiné aux PH estimé par la méthode BEST mène à des problèmes de dessèchement de la couche intermédiaire en période estivale. L'utilisation d'une FPT conduit à un plus faible pouvoir prédictif mais ne simule la phase de dessèchement. La stratégie choisie consiste à utiliser la méthode BEST comme première estimation des PH et ensuite d'en caler certains par inversion. Enfin, nous avons développé un modèle empirique utilisable en conditions opérationnelles. Nous avons utilisé le modèle mécaniste pour générer une base de données virtuelle permettant (i) d'identifier les principaux mécanismes impliqués dans la dynamique de dessèchement des sol à prendre en compte et (ii) de caler et valider le modèle empirique. Il est capable de prédire le "jour de praticabilité" avec une résolution de 1.5 à 2.5 jours en période estivale. En période hivernale, sa précision n’est pas satisfaisante (rmse = 8.4 j), elle s'explique par la sensibilité du modèle aux évènements pluvieux fréquents et rapprochés. Le modèle empirique s'applique pour une seule configuration "sol x peuplement x climat x seuil" et mérite d'être calé dans d'autres contextes
The increase of the mechanization during logging combined with climate changes increases the risk of driving in not suitable conditions and thus degrading soils. This is why it is necessary to develop decision support tools capable of predicting the practicability of forest soils. However, assessing practicability with simple tools and easily accessible data is complex. It depends on the susceptibility of the soil to deformation, the load applied, the accepted threshold of soil deformation and the water state of the soil. This work aims to better understand and predict the water dynamics of forest soils and of the skid trails (i.e. roads dedicated to the circulation of forest machines). The objectives are: (i) to improve our knowledge of the compaction effect on forest soil water dynamic, (ii) to parametrize a model predicting the soil water flow under forest context and (iii) to be able to predict the soil water content of forest soils in an operational context. This work was carried out in three stages. First, we established an observatory of skid trails that has provided a data base on forest soil hydraulic properties and water dynamic. We estimated the hydraulic properties with the BEST method on circulated and non-circulated soils. We have developed a law predicting the values of the saturation water conten and the saturation hydraulic conductivity of circulated soils from those not circulated. Then, we have parametrized in forest context a mechanistic model based on Richards equation. We evaluated the ability of the model to predict the soil water content according to different hydraulic parameters: BEST method, pedotransfert function PTF and optimization. With the hydraulic parameters estimated from BEST method, the model leads to problem of middle layer drying during the summer period. With pedotransfer function, the model leads to a poorer prediction but does not simulate the drying phase. The strategy chosen is to use the BEST method as the first estimate of the hydraulic parameters and then to calibrate some of them by inversion. Finally, we have developed an empirical model that can be used in operational conditions. We used the mechanistic model to generate a virtual data set to (i) identify the main mechanisms involved in soil drying dynamics that need to be taking into account and (ii) calibrate and validate the empirical model. It is able to predict the "day of traffic" with accuracy of 1.5 to 2.5 days in summer. In winter, its accuracy is not satisfactory (rmse = 8.4 days) and is explained by the model sensitivity to weather sequences composed of frequent and nearby rainfall events. The empirical model is applicable to a single configuration "soil x stand x climate x threshold" and should be calibrated in other contexts

Une bonne connaissance de l'etat hydrique du sol offre des possibilites interessantes pour ameliorer la modelisation des debits a l'exutoire de petits bassins versants agricoles. Dans cette optique, l'objectif de cette recherche etait d'elaborer et de mettre en uvre une methodologie permettant le suivi de l'etat hydrique des sols par teledetection spatiale (radar et infrarouge thermique) en vue de l'integration de cette information dans un modele hydrologique. L'etude menee sur la bretagne de 1992 a 1994 a d'abord montre, en periode de faible developpement de la vegetation, la capacite du radar a ouverture synthetique du satellite ers1 a estimer l'etat hydrique de surface du sol a l'echelle d'un bassin versant de recherche (naizin, morbihan). Ce resultat a ete generalise a l'echelle regionale sur une quarantaine d'autres bassins versants. Cependant, en periode estivale le suivi de l'humidite du sol est perturbe par le couvert vegetal qui influence fortement le signal radar retrodiffuse. Dans un second temps, la resolution du bilan energetique a la surface du sol a permis d'exploiter en terme d'humidite de surface du sol les donnees recueillies dans l'infrarouge thermique par le radiometre avhrr du satellite noaa. En raison des conditions locales climatiques et d'occupation du sol, il est apparu difficile d'acceder par cette methode a l'humidite de la couche racinaire et seul l'etat hydrique de surface a pu etre obtenu. Le troisieme volet du travail a consiste a comparer l'etat hydrique estime par teledetection avec les simulations d'un modele hydrologique conceptuel global. Les bons resultats obtenus ouvrent de larges perspectives d'assimilation des donnees de teledetection pour la modelisation des debits des rivieres et la gestion des ressources en eau superficielles

Le problème essentiel des viticulteurs et des collectivités en vignoble champenois correspond à la dégradation des chemins en périodes d'averse et aux conséquences économiques infligées aux coûts de la prodution. Il s'agit donc d'intégrer dans l'étude de l'érosion la voirie et les micro-formes géomorphologiques intervenant dans la cumulation des flux. Pour ce faire une méthode utilisant le système d'information géographique (S. I. G. )"SynerGIS" est mise au point. Cette méthode a été appliquée sur un bassin versant viticole, de 47,4 ha de superficie et d'un taux d'occupation de sol par la voirie de 10,8 %. La démarche consiste dans un premier temps d'utiliser un modèle numérique de terrain M. N. T. à pas fin (métrique) Ensuite, des cartes modèles des facteurs prégnants dans l'érosion sont réalisés (pentes, courbure de la surfac e topographique du sol et érosivité du ruissellement). La modification de chacun de ces facteurs par la voirie a été défini. Le croisement de ces facteurs modifié par la voirie aboutit à une carte modèle d'áléa érosion hydrique et exprimant l'effet de la voirie sur l'érosion hydrique. La confrontation des deux modèles, sans et avec voirie, a permis de définir son impact sur les écoulements d'eau superficiels et sur l'érosion hydrique. Le modèle a été validé sur le terrain. La voirie a limité la longueur de la pente du versant et elle a entraîné un découpage des caractéristiques physiques du sol par ces revêtements. Elle a modifié les trajectoires d'écoulements, en effet, elles suivent désormais le réseau linéaire et non pas les talwegs, et par la suite, la voirie assure un effet toboggan pour les eaux pluviales. La voirie provoque aussi une redistribution spatiale de l'érosivité du ruissellement. En changeant les facteurs naturels du bassin la voirie a donc modifié l'effet du versant. A l'échelle du bassin versant la voirie a réduit la sensibilité à l'érosion sur les parcelles. Par ailleurs, elle a augmenté le ravinement sur son réseau
The major problem of the wine-growers and collectivities in vineyard in Champagne region is the deterioration of paths by the erosion and its consequence on production costs. Indeed, of the fact of the viticulture modernization some individual arrangements as of the varied coatings, the landfill became place of concentration of the water runoff and caused erosion damages in parcels and source in downstream of an important volume of water. The objective of this work is to integrate in erosion study the landfill and geomorphologic microformes operating on fluxes concurrently. In that way we had developed a method based on G. I. S (geographic information system) " SynerGIS " from BRGM and it use a Digital Terrain Model (D. T. M. )with a metric steps. This method was applied on a watershed wine-growing, of a 47. 7 ha surface area and where the landfill represent 10. 8% of the total area. Models maps of factors influencing the erosion are achieved in first (slope, curvature of the topographic surface, soil erodability and runoff erosivity. In a second time a typology of the landfill and the linear arrangement was elaborated according to their transverse topographic shape, of the faculty of coatings to the detachment and the individual arrangement capacity to concentrate water. Maps of the linear network according to these classifications are produced. Then, the combination of maps of the network with those of key factors permits to elaborate maps of modified factors by the landfill and improvements. Finally, their crossing leads to a models map of some sensitive zones to the erosion, expressing the effect of the landfill on erosion. After field validation, different results are gotten. The impact of the landfill on the surface water outflow and water erosion was established. The network of landfill , by its field carving, modify the natural physical properties. The landfill reduces the lengh of the slope of side and its coating indented the soil physical characteristics. It is therefore the source of outflow disorderliness : their trajectories are modified and follow the linear network and not the thalwegs. It assures an toboggan effect for the pluvial waters and drag a spatial redistribution of the runoff erosion

Afin de mieux estimer les tassements et la stabilité des ouvrages géotechniques au cours du temps, une modélisation du comportement couplé (mécanique, écoulement de l'eau et écoulement de l'air) des milieux poreux non saturés est développée. A partir des équations d'équilibre, de continuité et de comportement des trois phases du sol, nous avons d'abord établi un système non linéaire tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements. Ce modèle est discrétisé dans l'espace, par éléments finis, et dans le temps, par un schéma implicite. Le traitement numérique de ce problème conduit, d'une part, à la création d'une nouvelle famille d'éléments de consolidation bidimensionnelle des sols non saturés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC et, d'autre part, à la mise au point d'un algorithme itératif combinant la méthode des rigidités variables pour le traitement des non linéarités liées à l'écoulement des fluides et la méthode des contraintes initiales pour le traitement des non linéarités mécaniques. La programmation de cet algorithme a été effectuée dans le module CSNS (Consolidation des Sols Non Saturés) de CESAR-LCPC. La modélisation effectuée et sa programmation, qui tient compte, entre autres, du phasage de la construction du remblai et des conditions aux limites de diverses natures, ont été testées sur un ouvrage réel (remblai autoroutier). La confrontation des résultats numériques et expérimentaux sur cet ouvrage a montré que cette approche de couplage des écoulements de l'eau et de l'air et des déformations du sol produit des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements.

Les sols agricoles représentent près de 66 % des émissions anthropiques de protoxyde d’azote (N₂O), 3ème gaz responsable de l’effet de serre additionnel. La variabilité des émissions mesurées au champ est élevée. La structure du sol impacte à la fois la production et le transport du N₂O dans le profil de sol. L’objectif de cette thèse était de comprendre le rôle de l’état structural du sol sur la variabilité spatiale des émissions de N₂O. La démarche utilisée associe deux types d’expérimentations en laboratoire - à l’échelle d’un bac de 0,3 m² x 0,1 m et sur une maquette de parcelle agricole de 10 m² x 0,3 m en sol nu - à un travail de modélisation intégrant des processus physiques, chimiques et biologiques dans le profil de sol et le ruissellement, le tout à une résolution temporelle fine. Ce travail a mis en évidence une hiérarchie entre les processus de production et de transport, qui évolue avec le temps et les conditions environnementales : dans des conditions favorables à la dénitrification, la production de N₂O augmente avec la masse volumique en lien avec une augmentation de la part de porosité remplie d’eau, jusqu’à une certaine limite. Le modèle déterministe a montré que la dynamique de la pluie et du ruissellement associé modifie l’intensité et la dynamique des émissions de N₂O, celles-ci étant plus tardives dans les zones avales recevant du ruissellement. Enfin, ce travail a confirmé la complexité du déterminisme des émissions de N₂O et a permis de souligner l’intérêt de caractériser la structure du sol et les émissions à une haute résolution spatiale pour améliorer la qualité des modèles prédictifs
Agricultural soils account for 66 % of anthropogenic nitrous oxide emissions (N₂O), the 3rd greenhouse gas emitted from anthropogenic activities. N₂O emissions variability measured in-situ is quite high. Soil structure affects both N₂O production processes and N₂O movements through the soil profile. The main goal of this work was to understand the part of soil structure in soil N₂O spatial variability. Two kinds of laboratory experiments were designed: rainfall experiments on soil trays of 0.3 m² x 0.1 m and on a 10 m² x 0.3 m box with a slope. A modelling approach with a short time step was combined, involving representation of physical, chemical and biological soil processes as well as a representation of surface runoff.This work highlighted a hierarchy between N₂O production and N₂O transportation processes, which evolve with time and environmental conditions: under conditions that favor denitrification, N₂O production increases with soil bulk density due to an increase in the water-filled pore space, until a threshold limit. The deterministic modelling approach showed that rainfall dynamic and resulting runoff affect soil N₂O emissions, those emissions occurring later downslope. Finally, this work highlighted the complexity of soil N₂O emissions determinism and we pointed out that the description of soil structure at a high spatial resolution would be useful to improve modelling quality

De nombreuses recherches se focalisent sur l'étude des aires de distribution des espèces qui se décalent vers des conditions plus adaptées à leurs besoins physiologiques sous l'effet du changement climatique. Le choix des indices utilisés pour caractériser l'écologie des espèces et définir leur vulnérabilité au réchauffement en cours est souvent conditionné par leur disponibilité, alors qu'il devrait être basé sur les connaissances en écophysiologie qui les concernent. D'autre part, la résolution spatiale parfois grossière utilisée n'est pas toujours pertinente au regard de l'échelle à laquelle les processus biologiques se déroulent. Dans ce cadre, l'objectif de ce travail est de cartographier à fine résolution spatiale les bilans en eau des sols et leurs différentes composantes à l'échelle des forêts de France, et d'évaluer leur intérêt pour modéliser la distribution ou la productivité des espèces au regard des indices traditionnellement utilisés. Dans un premier temps, nous avons modélisé et cartographié les différentes composantes du bilan en eau des sols, et tout particulièrement le rayonnement solaire et la réserve utile maximale en eau (RUM) des sols forestiers à partir des relevés de l'Inventaire Forestier National (IFN). Ces données ont été combinées avec des températures et des précipitations pour spatialiser le bilan en eau des sols forestiers de France. Les principaux résultats montrent l'importance de la nébulosité dans la prise en compte du calcul du rayonnement solaire, et l'inefficacité des indices dérivés de l'exposition pour en simuler les valeurs à l'échelle de la France. Nous avons également déterminé qu'il est possible de réaliser avec des informations simples à collecter une carte des RUM des sols forestiers de France. Elle permet de prédire la croissance des essences avec une efficacité comparable aux valeurs relevées sur des placettes et d'améliorer la modélisation de la distribution de certaines essences. Enfin, nous démontrons que les calculs de bilans en eau qui prennent en compte la réserve en eau des sols sont plus efficaces que les bilans hydriques climatiques ou les pluies, particulièrement pour ce qui concerne les espèces hygrophiles ou xérophiles. Ces résultats laissent penser que l'importance de l'eau a été sous-estimée dans l'analyse de la distribution des espèces et l'étude des conséquences du changement climatique sur les plantes. Les données produites permettent de progresser dans la connaissance de l'écologie des espèces et de mieux caractériser la vulnérabilité des espèces, ouvrant la porte à la création d'outils plus fonctionnels pour aider les gestionnaires à évaluer les impacts du changement de climat et à s'y adapter.

Les marais de l'Ouest ont été gagnés sur les sédiments fluvio-marins par poldérisation débutée dès le moyen âge. Les aménagements hydrauliques avaient, initialement, des objectifs sanitaires et d'élevage. A partir des endiguements, ils ont divisé les territoires en marais mouillés et marais desséchés. Depuis les années 1970 le développement des cultures intensives de céréales a nécessité un rabaissement complémentaire de la nappe par drainage en partie pour augmenter la désalinisation de surface et limiter l’engorgement des sols. Néanmoins, ces territoires restent caractérisés par des nappes proches de la surface. En conséquence les profils hydriques vont être gouvernés par les conditions météorologiques y compris l'évapotranspiration, la pluviométrie, mais également par les remontées capillaires issues d'une nappe salée. D'autre par la nature argileuse des sols et ses propriétés de retrait conditionnent énormément le fonctionnement hydrodynamique et les évolutions de structure.La première partie du travail a été de suivre les évolutions des profils hydriques et de salinité en parcelles non drainées (prairies) et en parcelles drainées (Maïs, Blé, Tournesol). Ces suivis ont été complétés par les mesures des niveaux de nappes et par des mesures tensiométriques via des bougies poreuses implantées à différentes profondeurs. L'objectif final a été de calculer et modéliser les profils de réserve utile (RU) et de RU "résiduelle" utilisable par les plantes. Dans ces systèmes alimentés par les remontées capillaires, le réseau racinaire puise l'eau dans la zone non saturée de surface (vadose) puis dans la zone saturée sous-jacente. La teneur en eau caractéristique de l'interface zone non saturée - zone saturée a été déterminée par analogie entre les chemins d'état de la matrice argileuse le long de sa courbe de retrait et du sol le long de sa courbe de compaction. Les profils de RU résiduelle utilisable par les plantes ont été calculés à partir des profils de teneurs en eau puis comparés aux profils de RU obtenus via les données de station météorologique. Ces profils de RU résiduelle ont pu être écrits sous forme d'équation polynomiale du second degré puis modélisés. Dans cet environnement alimenté par les remontées capillaires, ces profils de RU résiduelles peuvent être modélisés à partir d'un paramètre facilement mesurable en surface qui prend en compte la structure du sol et les conditions météorologique : soit la teneur en eau à 10 cm de profondeur. Cette modélisation reste suffisamment réaliste pour être utilisée comme un outil prédictif face à la pédodiversité et/ou les rendements de culture.A ce travail s'ajoute deux études préliminaires : - les mesures des conductivités thermiques effectives de ces sols par la méthode du fil chaud et leurs modélisations dans les systèmes biphasés : eau - argile et air - argile, mais également pour les systèmes triphasés non saturés : eau - air - argile. Les perspectives sont la modélisation des transferts thermiques et hydriques dans le sol à partir de la surface, - et l'élaboration d'un protocole d'imprégnation-polymérisation des sols argileux humides par des résines de type HEMA. Cette imprégnation permet d'envisager la confection de lames minces dans le matériau argileux induré avec conservation de sa structure initiale humide. Les perspectives sont la pétrographie quantitative à l'interface racine - sol le long de profils verticaux dans les environnements argileux à degrés de saturation et structure évolutives
The coastal marshlands are territories generally reclaimed on primary fluvio-marine sediments. They result from hydraulic managements and/or polderization which may date from the Middle Ages. Historically these hydraulic managements were built for goals of wholesomeness, breeding and farming. They isolate two territories: the dried marshes and the wet marshes. For the intensive cereal crops the slow drying caused by land reclamation was recently improved by the drainage, in part for increase the depth of desalinization and decrease waterlogging. Nevertheless, these territories remain characterized by shallow ground water of initial salt water. Consequently, the hydric profiles are governed by the meteoric conditions including the Evapotranspiration, the rainfall, but also the capillarity rises from the salt groundwater. Moreover, the clay dominated nature of the soils and their drastic shrinkage properties govern the hydrodynamic functioning and the soil structure behavior.The first part of the work was the monitoring of the water content and salinity profiles in drained cereal crops and in undrained grasslands. These measurements have been completed by the ground water level and tensiometric monitoring. The final goal was the calculation and modeling of the available water capacity (AWC) and plant available water (PAW) profiles. In these systems mainly supplied by the capillarity rises, the root network gets water in the subsurface vadose zone and then in the deeper saturated groundwater zone. The water content characteristic of the interface between the vadose and saturated zone was determined by comparison between the clay material state paths along its shrinkage curve and along its compaction curve. The PAW profiles were calculated from the water content profiles and then compared to the AWC profiles. The PAW profiles have been equated as polynomial second degree equations. In these shallow groundwater environments the PAW profiles have been modeled taking into account an easy measurable surface parameter which includes the soil structure behavior and the meteoric conditions: i.e. the water content measured at 10 cm depth. The PAW modelling remains sufficiently realistic to be used as a tool for farming management. Two preliminary studies were added to this work: - the measurement of effective thermal conductivity of the clayey soils by the transient hot wire method, and the modeling of the effective thermal conductivity of biphasic air-clay and water-clay media, but also triphasic unsaturated air-water-clay media. The prospect is the modeling of thermal and hydric transfer from the surface to the depth. - and the elaboration of a protocol of impregnation - hardening for wet clay dominated soils by HEMA resins. This impregnation allows the making of thin sections in these clay materials with conservation of their initial wet structures. The prospective is the quantitative petrography at the root - clay matrix interface along vertical profiles in clayey soils at different degrees of saturation and different structures

Afin de mieux estimer les tassements et la stabilité des ouvrages géotechniques au cours du temps, une modélisation du comportement couple (mécanique, écoulement de l'eau et écoulement de l'air) des milieux poreux non saturés est développée. A partir des équations d'équilibre, de continuité et de comportement des trois phases du sol, nous avons d'abord établi un système non linéaire tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements. Ce modèle est discrétisé dans l'espace, par éléments finis, et dans le temps, par un schéma implicite. Le traitement numérique de ce problème conduit, d'une part, à la création d'une nouvelle famille d'éléments de consolidation bidimensionnelle des sols non saturés dans le code de calcul par éléments finis Cesar-LCPC et, d'autre part, à la mise au point d'un algorithme itératif combinant la méthode des rigidités variables pour le traitement des non linéarités liées à l'écoulement des fluides et la méthode des contraintes initiales pour le traitement des non linéarités mécaniques. La programmation de cet algorithme a été effectuée dans le module CSNS (consolidation des sols non saturés) de Cesar-LCPC. La modélisation effectuée et sa programmation, qui tient compte, entre autres, du phasage de la construction du remblai et des conditions aux limites de diverses natures, ont été testées sur un ouvrage réel (remblai autoroutier). La confrontation des résultats numériques et expérimentaux sur cet ouvrage a montré que cette approche de couplage des écoulements de l'eau et de l'air et des déformations du sol produit des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue des écoulements
A coupled model for three-phase unsaturated porous media, with allowance for both the stress-strain relationships of the soil and the flow of water and air, is presented. It is aimed at improving the settlement predictions and stability analyses of geotechnical structures. A system of non linear equations, both of the stress-strain relationships and for the flow of fluids, is first derived, on the basis of the static equilibrium equations, of the continuity equations and of the constitutive relationships of each of the three phases. This system of equations is then solved using the finite element method and an implicit integration scheme for time dependency. This work resulted in the implementation in the finite element program CESAR-LCPC of a new family of elements, devoted to the two-dimensional consolidation analysis of unsaturated soils, and of an iterative algorithm, combining the method of variable stiffness for the flow nonlinearities and the initial stres method for the material nonlinearities. A new subroutine of CESAR-LCPC, terme CSNS (for Consolidation of Unsaturated Soils) was created for performing this type of analysis. The subroutine CSNS takes into account the staged construction of the geotechnical structures and can accomodate any type of boundary conditions. It was checked against the observed behaviour of a test section of an existing motorway. The comparison of the observed and calculated displacements and water pressures in the embankment gave encouraging insight into the capabilities of the method

L'utilisation de la télédétection spatiale a révolutionné notre compréhension du système Terre ces trente dernières années en particulier dans les domaines de la météorologie et de l'océanographie. L'utilisation de la télédétection en hydrologie est plus récente. Depuis le milieu des années 2000, plusieurs instruments micro-ondes (radiomètres et radars), offrent la possibilité de cartographier l'humidité des sols à l'échelle globale avec un temps de revisite de un à quelques jours. Des produits d'humidité du sol sont désormais élaborés dans un contexte opérationnel par EUMETSAT (à partir du diffusiomètre vent en bande C ASCAT), et le satellite SMOS (radiomètre en bande L) de l'ESA, conçu pour l'observation de l'humidité des sols, a été lancé en novembre 2009. Afin d'assurer l'utilisation de ces produits, il est important de développer des outils permettant d'améliorer les simulations des modèles des surfaces continentales à partir de données de télédétection. L'objectif de cette thèse est d'étudier dans quelle mesure l'utilisation de la télédétection peut améliorer les simulations du modèle ISBA-A-gs. Pour cela, la première étape a été d'évaluer la capacité du modèle à représenter les principales variables de surface, à savoir les flux d'eau, d'énergie et de carbone. L'utilisation des données du site expérimental de SMOSREX a permis d'améliorer la représentation de l'impact de l'humidité du sol sur les flux de carbone, plus particulièrement sur la respiration de l'écosystème. La seconde étape de cette thèse a été d'évaluer les produits d'humidité du sol dérivés de la télédétection satellitaire, à partir de données in situ. Les données d'humidité du sol à plusieurs profondeurs (5, 10, 20, 30cm) provenant du réseau de mesure SMOSMANIA ont permis d'effectuer la première évaluation du produit ASCAT. Les 12 stations SMOSMANIA localisées dans le sud-ouest de la France ont été utilisées. Cette étude a montré que la précision de ce produit est d'environ 0. 06m3m-3. Ces mesures in situ ont également permis d'évaluer la qualité de plusieurs produits d'humidité du sol issus de modèles : le modèle hydro-météorologique SIM et les analyses météorologiques opérationnelles de Météo France (modèle ALADIN) et du Centre Européen (système IFS). La confrontation d'une version de l'IFS qui assimile le produit ASCAT avec les données in situ montre un effet positif de l'assimilation des données ASCAT. .
The main goal of this thesis is to study how the use of remotely sensed data can improve the performances of the ISBA-A-gs Land Surface Model. Firstly the ability of ISBA-A-gs for modelling the main surface variables, water energy and carbon fluxes, has been evaluated. Then, in situ observations of surface soil moisture gathered from the SMOSMANIA soil moisture network of Météo-France were used to evaluate remotely sensed surface soil moisture. These in situ soil moisture measurements have been also used to evaluate various synthetics soil moisture products: from the SIM suite of models and operational analysis of Météo-France (ALADIN model) as well as from ECMWF (IFS system). Finally step the root zone soil moisture has been analyzed from observed surface soil moisture. A simplified extended Kalman filter has been coupled to ISBA-A-gs. In situ data is also used in order to demonstrate the positive impact of the joint assimilation of surface soil moisture and LAI observations on vegetation, water, energy and carbon fluxes. The recursive formulation of an exponential filter depending only on surface soil moisture to retrieve the variations of the root zone soil moisture was used with satisfactory results, also

Les caracteristiques hydrodynamiques du sol jouent un role essentiel sur la repartition de l'eau en micro-irrigation, en particulier dans le cas d'une source ponctuelle. Il est donc important de pouvoir connaitre celles-ci facilement lorsqu'on s'interesse au dimensionnement et a la conduite des reseaux a la parcelle. La premiere partie de ce memoire presente une etude des principales methodes de caracterisation par infiltration axisymetrique qui sont actuellement en phase de developpement. Cette etude est effectuee a partir d'experimentations au champ et de la modelisation numerique et analytique des essais. Nous etudions les performances de ces methodes, et notamment l'influence de l'utilisation d'un regime permanent approximatif. Nous montrons, a partir d'une solution analytique transitoire, comment s'affranchir de l'hypothese d'un regime permanent pour ameliorer la precision des resultats de l'analyse multidisque. Nous etudions aussi la possibilite d'utiliser les instants initiaux des regimes transitoires, et l'effet de la variabilite spatiale a courte echelle. Dans la seconde partie de ce memoire nous presentons une solution quasi-analytique pseudo-transitoire pour l'infiltration sous une source ponctuelle (il n'existe pas de theorie analytique transitoire complete). Les parametres s'obtiennent par les methodes etudiees dans la premiere partie de ce memoire, sauf un parametre concernant la diffusivite capillaire. Cette solution approchee donne des resultats coherents avec les autres types de modelisation et les experimentations au laboratoire et au champ. Elle presente la particularite essentielle de representer les effets de la gravite sur la deformation du front d'humectation. Une version simplifiee, avec extractin racinaire, fournit un modele analytique pour les transferts d'eau sous un goutteur en micro-irrigation. Ce modele permet, dans certaines limites, d'etudier le dimensionnement et la conduite d'un reseau

L’érosion hydrique est un processus majeur de dégradation des sols dans le monde avec des conséquences multiples : perte de terres agricoles, envasement des cours d’eau, coulées boueuses. En France, la région Hauts-de-France est la zone la plus touchée par ces pertes en terres qui peuvent dépasser les 10 t ha-1 an-1. Si les processus à l’origine de ces transferts sédimentaires ont été largement étudiés par la communauté scientifique ces dernières années, il reste néanmoins des verrous liés aux variabilités spatio-temporelles. De plus, l’efficacité des politiques récentes de lutte contre l’érosion n’est pas quantifiée. Cette étude propose une analyse de la variabilité spatio-temporelle des transferts sédimentaires selon plusieurs échelles (1-1000 km²), et une première évaluation de l’efficacité des politiques d’aménagement au sein d’un bassin du Nord de la France (la Canche ; 1274 km²). Une station de mesure haute-fréquence, a été implémentée à l’exutoire d’un sous-bassin versant de la Canche (la Pommeroye ; 0,54 km²) pour quantifier les transferts hydro-sédimentaires sur deux années hydrologiques contrastées. Selon nos résultats, les transferts varient de 29,4 à 70 t km-2 an-1. 40% du flux est exporté au cours de 3 épisodes érosifs majeurs (sur 48 enregistrés) et les paramètres forçants sont liés à la durée d’un épisode pluvieux et la quantité de précipitations. Sur ce même bassin, la prédiction spatiale à l’échelle centimétrique des transferts hydro-sédimentaires a pu être effectuée via le nouveau modèle d’érosion des sols WATERSED (BRGM) et l’efficacité d’un plan d’aménagement de lutte contre l’érosion a été quantifiée. Nos résultats permettent de valider l’opérabilité du modèle sur ce territoire. Les transferts sédimentaires à l’échelle du parcellaire agricole peuvent atteindre les 76 t km-2 pour un évènement donné et sont influencés par l’état de surface du parcellaire agricole. Une réduction significative (jusqu’à 84%) des transferts par les aménagements d’hydraulique douce est également observée. A l’échelle du bassin de la Canche, l’utilisation de traceurs chimiques et spectrocolorimétriques dans un modèle de mélange (Sed_Sat ; USGS) a permis d’évaluer d’une part les contributions des affluents de la Canche et d’autre part les contributions des sols et des berges (respectivement 30-70%). Des variations spatio-temporelles significatives ont pu être observées et les résultats tendent à montrer un potentiel impact positif des politiques récentes d’aménagement du territoire. Cette étude montre également que de nouveaux traceurs liés à la signature spécifique des particules magnétiques sont particulièrement prometteurs dans ce contexte pour tracer un signal d’érosion des sols. A terme, ces données pourraient être incluses dans des approches sediment fingerprinting. L’analyse selon plusieurs modalités spatio-temporelles et le couplage expérimentation/modélisation améliore donc notre compréhension de la dynamique des transferts sédimentaires sur le bassin versant de la Canche. Cela fournit des résultats essentiels pour orienter les futures politiques de lutte contre l’érosion des sols
Water erosion is a serious concern in global land degradation leading to multiple consequences: loss of arable lands, siltation of streams, mudflows. In France, the Hauts-de-France region is the most affected area, and soil loss can exceed 10 t ha-1 yr-1. Although hydro-sedimentary processes have been widely studied by the scientific community, there is still a lack of knowledge in the understanding of the spatio-temporal variabilities. Additionally, the effectiveness of recent erosion control policies so far cannot be quantified. This study proposes an analysis of the spatio-temporal variability of sedimentary transfer at different scaling (1-1000 km²), and an initial assessment of the effectiveness of management policies within a northern France catchment (the Canche river, 1274 km²). A high-frequency monitoring station was implemented at the outlet of a Canche sub-catchment (the Pommeroye, 0.54 km²) to quantify the hydro-sedimentary transfer over two contrasted hydrologic years. According to our results, sediment yield varies from 29.4 to 70 t km-2 yr-1. 40% of the flux is exported during 3 major erosive events (out of 48 recorded) and the forcing parameters are related to the duration and the amount of rainfall. In this sub-catchment, the centimeter-scale spatial prediction of the hydro-sedimentary transfer was carried out using the new soil erosion model WATERSED (BRGM) and the effectiveness of an anti-erosion management plan was quantified. Our results validate the operability of the model in this context. For a given event, sediment transfer can reach 76 t km-2 yr-1 in agricultural plots and are strongly depending on the soil surface state. A significant reduction (up to 84%) of sedimentary transfer by the anti-erosion plan was also observed. At the scale of the Canche catchment, the use of chemical and spectrocolorimetric tracers in a mixing model (Sed_Sat tool; USGS) evaluated the contributions of the Canche tributaries and sediment sources contributions (i.e. channel banks and soils; 30-70% respectively). Significant spatio-temporal variations have been observed and the results show a potential positive impact of the recent management policies. This study also shows that new tracers related to the specific signature of magnetic particles are promising in the context to trace soil erosion. For further analyses, this data could be included in sediment fingerprinting approaches. Thus, this study based on several spatio-temporal modalities and the coupling of experimentation and modelling improves our understanding of the Canche hydro-sedimentary dynamics. It provides essential results to guide the future erosion control policies

Pour améliorer la prévision des crues dans les bassins versants torrentiels, les hydrologues doivent connaître les conditions initiales de l'état hydrique des sols précédant les événements pluvieux. La cartographie de l'humidité des sols, dont les variations sont principalement influencées par la topographie, la couverture végétale et l'hétérogénéité des propriétés des sols, constitue alors un outil précieux pour étudier les processus de formation des écoulements. Ce travail aborde la problématique de la spatialisation des variations spatio-temporelles de l'état hydrique des sols en utilisant la modélisation géostatistique et hydrologique appliquées au bassin versant expérimental marneux du Laval (0.86 km², ORE Draix-Bléone, France). Le suivi in situ des épisodes pluvieux de mai 2015 à novembre 2016 a permis de mettre en évidence une relation significative entre la teneur en eau des sols, la topographie et l'occupation de surface dans les badlands. Il a également permis de mieux appréhender la dynamique spatio-temporelle des variations de teneur en eau des versants à l'échelle saisonnière et événementielle, et de confirmer la majeure contribution aux écoulements de crue des horizons superficiels dénudés. Enfin, la modélisation hydrologique associée au traçage chimique et isotopique des eaux du bassin a apporté une amélioration de la compréhension de l'organisation spatiale de la réponse hydrologique du bassin à l'échelle événementielle
Hydrologists need to know soil moisture antecedent conditions before rainfall events to improve floodforecasting in torrential catchments. Soil moisture mapping, whose variations are mainly influenced bytopography, vegetation cover, and heterogeneity of soil properties, is therefore a valuable tool to studyhydrological processes. This work adresses the issue of the spatio-temporal variations of soil water statusspatialization using geostatistical and hydrological modeling applied to the Laval marly experimental catchment(0.86 km², ORE Draix-Bléone, France). In situ monitoring of rainfall events from May 2015 to November 2016revealed a significant relationship between soil water content, topography and land cover in the badlands. Italso led to better assess soil water content spatio-temporal dynamics at the hillslope scale and the seasonaland event time scales. It confirmed the major contribution of bare areas to stream flows. Eventually, thehydrological modeling associated to the chemical and isotopic water tracing made it possible to better understand the spatial organization of the catchment hydrological response at the event scale

Les retenues collinaires connaissent un essor dans les zones semi-arides pour leur capacité à réduire l'érosion et l'envasement de barrages, et à mobiliser des ressources pour la petite agriculture. Face aux incertitudes sur la faible valorisation de ces ressources et au manque de données sur le potentiel hydrique de ces aménagements, les disponibilités en eau de multiples retenues collinaires sont quantifiées à l'aide d'observations hydrologiques, modélisation numérique et télédétection. Un indice MNDWI appliqué à 546 images Landsat et combiné avec un modèle GR4J+bilan hydrique à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble est développé pour estimer les disponibilités en eau entre 1999 et 2014 de 50 retenues dans le bassin amont du Merguellil, Tunisie Centrale. Les erreurs sur la disponibilité moyenne journalière sont de l'ordre de 10 000 m3 sur des retenues aux capacités initiales variant de 20 000 m3 à plus de 1 000 000 m3 et permirent de quantifier et caractériser le potentiel hydrique de chaque retenue en saison sèche. En parallèle, la combinaison d'inventaires, d'enquêtes agricoles et entretiens ethnographiques permit de recenser l'hétérogénéité des pratiques, caractériser les bénéfices des retenues et éclairer les contraintes additionnelles freinant l'exploitation agricole. Au delà de prélèvements limités, cette approche multi-échelle permet d'apporter des éclairages sur la diversification des pratiques agricoles, sur les bénéfices indirects (citernes, élevage, recharge de puits), et sur l'intérêt porté par les riverains pour cette ressource, au sens large du terme. La confrontation entre les pratiques et le potentiel hydrologique confirme que la disponibilité en eau est un facteur limitant sur 80% des retenues mais rarement suffisant pour expliquer les disparités inter et intra retenues observées. La majorité des agriculteurs ont été inhibés par des problèmes d'accès à l'eau (d'ordre économique mais également politique) et ne sont pas équipés de stratégies permettant de composer avec la forte variabilité. Les quelques succès recensés sont le fruit d'entreprises individuelles, possédant un capital et une résilience économique, leur permettant notamment de surmonter les pénuries à l'aide d'autres ressources économiques (pour acheter des citernes) ou physiques (accès à d'autres points d'eau). Une approche intégrée et un appui sur le long terme de l'état auraient pu favoriser un développement plus large et équitable des ressources. Au vu des capacités limitées et des sécheresses durables, les retenues collinaires dans ce contexte climatique doivent cependant maintenir leur objectif initial d'irrigation de complément et non chercher à soutenir une intensification à plus grande échelle de l'agriculture
Small reservoirs and other water and soil conservation techniques have become increasingly widespread across semi-arid regions, due to their ability to reduce transportation of eroded soil and harvest scarce and unreliable rainfall for local users. Revealing diverse but often limited levels of agricultural water use, the reasons behind these were explored based on assessments of water availability, practices and associated drivers upscaled across 50 small reservoirs in the Upper Merguellil catchment (Central Tunisia). MNDWI on 546 treated Landsat images over 1999-2014 were used in combination with extensive field data to develop and validate water availability assessments for all reservoirs. An Ensemble Kalman Filter approach was used to combine remotely sensed surface area with a GR4J-water balance model and notably reduce runoff uncertainties arising from highly variable and localised rainfall intensities. These notably reduced mean annual availability RMSE to the order of 10 000 m3 on lakes where initial capacities vary between 20 000 m3 and over 1 000 000 m3, and identified the potential of each lake to support agriculture during the dry season.In parallel, rapid surveys, quantitative questionnaires and semi directed interviews were used to identify water uses and socio economic and institutional drivers influencing the smallholder livelihoods around these reservoirs. Using multi-stage samples of farmers allowed to progressively narrow and refine the analysis which were then upscaled based on typologies of lakes. Results confirmed withdrawals remained limited and focussed essentially on the occasional watering of fruit trees. On a handful of lakes, water resources were a limiting factor but rarely a sufficient factor to explain the heterogeneous water uses observed around reservoirs. Most farmers were not equipped with the suitable capabilities to increase their withdrawals as a result of problems over pumps, water access and conflicts, compounded through limited and short term government assistance. Individual successes were observed as a result of farmers possessing adequate economic resilience and/or means to secure alternate water supplies during dry spells. Faced with limited available storage capacities and prolonged droughts, small reservoirs must in this climatic context retain their supplementary irrigation focus and not strive to support widespread intensification of practices

L'érosion hydrique est un phénomène complexe, largement répandu en Afrique du Nord, notamment dans la chaine montagneuse de la Kroumirie (Nord ouest de la Tunisie) où les facteurs influençant ce fléau expriment bien la fragilité du milieu qui se métamorphose graduellement vers le pire. La région est caractérisée par des reliefs très accidentés, une structure lithologique généralement tendre, des précipitations le plus souvent orageuses au moment où les terres cultivables subissent une forte pression anthropique. Ceci s'exprime notamment par la dégradation des sols et leur fertilité qui se traduit généralement par des bouleversements socioéconomiques et écologiques le plus souvent irréversibles. Au cours de cette recherche, on a étudié de près les cicatrices et les remèdes propices à l'érosion hydrique au Maghreb à travers l'unité géographique du bassin versant de l'oued Barbara (Tunisie septentrionale). Dans un premier temps, le travail consiste à montrer la gravité de la situation par la réalisation de la carte de l'érosion hydrique à travers la méthode de la direction des forêts de la Tunisie (DF/FAO-SIDA) et l'équation universelle des pertes en sols (USLE). La première méthode, qui a diagnostiqué le fléau de l'érosion hydrique sur son aspect qualitatif, a mis en évidence que le ravinement est le processus érosif le plus actif et le plus sévère dans la zone à l'étude. Quant à l'USLE, elle a permis de quantifier le phénomène érosif à une moyenne annuelle des pertes en sol de l'ordre de 36,13 tonnes/ha. Par la suite, des enquêtes et des entrevues auprès des exploitants agricoles et des intervenants locaux de la zone à l'étude ont été faites dans le but d'identifier des aménagements de CES propices à la région pour la lutte antiérosive. Enfin, la projection de ces aménagements déjà définis sur la carte d'érosion hydrique a conduit à l'obtention d'un scénario antiérosif intégré dont l'utilisation pourra sensiblement améliorer, voir même réduire en grande partie les conséquences désastreuses du phénomène de la dynamique de l'érosion hydrique au niveau du bassin versant de l'oued Barbara. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Érosion hydrique, gestion intégrée, conservation des eaux et des sols, Maghreb, Tunisie, Kroumirie.

Le but de cette étude est de développer d'une part un modèle de production d'érosion pour les marnes noires, basé sur les données acquises dans deux bassins versants expérimentaux de Draix : Laval et Roubine, qui ont comme surface 86 ha et 0,13 ha, respectivement, et d'autre part, d'analyser les effets d'échelle temporelle et spatiale des processus érosifs. Dans un premier temps, on cherchera une loi statistique de production d'érosion qui relie l'érosion mesurée aux caractéristiques de la pluie et/ou de l'écoulement. Ces lois seront établies pour les deux bassins, chaque bassin étant considéré globalement. Ensuite, la loi de production calée sur le petit bassin sera appliquée aux sous-bassins du grand bassin pour générer les apports solides à son talweg, lesquels seront propagés jusqu'à son exutoire. En cette étape, le Laval est considéré comme étant formé par des biefs et sous-bassins ayant un comportement similaire à celui de l'unité élémentaire.

Selon la FAO (2000), le problème d'insécurité alimentaire est majeur dans le nord, nord-est et le centre du Mali. Cette étude se situe dans le centre du Mali en zone soudano-sahélienne aux environs du village de Boidié dans le cercle de Barouéli, à l'intérieur de la région de Ségou. Le secteur de référence de la zone d'étude a comme limites: -6° 40' de longitude et 13° 10' de latitude. Dans le cercle de Barouéli l'érosion hydrique des sols et la déforestation sont les dégradations de l'environnement dominantes qui ont comme issue une perte de fertilité des sols (D-IC SAHEL, 2002). Sur les glacis ferrugineux tropicaux des régions soudano-sahéliennes l'impact de l'érosion hydrique et plus précisément l'érosion en nappe est grande. Les pertes en terre calculées sont de 0,5 à 40 t/ha/an (Roose, 1994). L'objectif de cette étude est d'évaluer la spatialisation des impacts de l'érosion en nappe pour une gestion durable des sols à Boidié à l'aide de RUSLE2 et des SIG. Pour se faire, une étude de terrain de deux mois au Mali a été réalisée. Des données météorologiques, géomorphologiques, pédologiques et agronomiques ont été recueillies, ainsi que des échantillons pour l'analyse en laboratoire. Ces analyses sont la granulométrie, l'absorption atomique, la diffraction-X et les C, N, P totaux. Le modèle RUSLE2 a été utilisé pour le calcul d'érosion en nappe et les SIG pour la spatialisation, la cartographie et les analyses thématiques. Le modèle RUSLE2 permet de trouver des pratiques culturales et de conservations qui réduisent l'impact de l'érosion en nappe. La spatialisation des impacts est possible avec la méthode des systèmes d'érosion. L'utilisation de la carte de gestion des sols des environs de la commune de Boidié permettrait de diminuer l'érosion moyenne des systèmes d'érosion de 65 à 91 %. La perte en nutriment des sols est diminuée et la fertilité est augmentée. La durabilité moyenne des sols est accrue. Bref, la sécurité alimentaire à Boidié serait mieux assurée à long terme, sans coût exagéré et par une gestion intégrée au système social. Par contre, il ne faut pas oublier les limites du modèle RUSLE2. Le modèle s'applique seulement à l'érosion en nappe et néglige certaines interactions entre les facteurs de dégradations des sols. De surcroît, un projet semblable doit impliquer une étude de terrain laborieuse et coûteuse pour atteindre un bon résultat (carte de gestion des sols de Boidié). Finalement, l'efficacité d'utilisation de la carte par les populations locales n'a pas encore été évaluée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Érosion en nappe, Modélisation, Spatialisation, Afrique de l'Ouest, Sols tropicaux, Systèmes d'érosion, Gestion durable, SIG, RUSLE2.

L’érosion éolienne est un problème environnemental parmi les plus sévères dans les régions arides, semi-arides et les régions sèches sub-humides de la planète. L’érosion des sols accélérée par le vent provoque des dommages à la fois localement et régionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matière organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilité des sols avec comme conséquence, une chute de la productivité agricole et une réduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan régional, les tempêtes de poussières soulevées par le vent ont un impact non négligeable sur la santé des populations, et la déposition des particules affecte les équipements hydrauliques tels que les canaux à ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les régions où les sols sont fréquemment soumis à l’érosion éolienne, les besoins pour des études qui visent à caractériser spatialement les sols selon leur degré de vulnérabilité sont grands. On n’a qu’à penser aux autorités administratives qui doivent décider des mesures à prendre pour préserver et conserver les potentialités agropédologiques des sols, souvent avec des ressources financières modestes mises à leur disposition. Or, dans certaines de ces régions, comme notre territoire d’étude, la région de Thiès au Sénégal, ces études font défaut. En effet, les quelques études effectuées dans cette région ou dans des contextes géographiques similaires ont un caractère plutôt local et les approches suivies (modèles de pertes des sols) nécessitent un nombre substantiel de données pour saisir la variabilité spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de l’érosion éolienne. La disponibilité de ces données est particulièrement problématique dans les pays en voie de développement, à cause de la pauvreté en infrastructures et des problèmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. L’approche mise de l’avant dans cette recherche vise à combler cette lacune en recourant principalement à l’imagerie satellitale, et plus particulièrement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalité de la zone optique du spectre exploitable par télédétection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) à des résolutions relativement fines (quelques dizaines de mètres). Elles permettant ainsi d’étudier la distribution spatiale des niveaux de vulnérabilité des sols avec un niveau de détails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilisées dans des études environnementales telles que AVHRR de la série de satellites NOAA (résolution kilométrique). De plus, l’archive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une période de plus de 20 ans est aujourd’hui facilement accessible. Parmi les paramètres utilisés dans les modèles d’érosion éolienne, nous avons identifiés ceux qui sont estimables par l’imagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert végétal) soit indirectement (exemple, caractérisation des sols par leur niveau d’érodabilité). En exploitant aussi le peu de données disponibles dans la région (données climatiques, carte morphopédologique) nous avons élaboré une base de données décrivant l’état des lieux dans la période de 1988 à 2002 et ce, selon les deux saisons caractéristiques de la région : la saison des pluies et la saison sèche. Ces données par date d’acquisition des images Landsat utilisées ont été considérées comme des intrants (critères) dans un modèle empirique que nous avons élaboré en modulant l’impact de chacun des critères (poids et scores). À l’aide de ce modèle, nous avons créé des cartes montrant les degrés de vulnérabilité dans la région à l’étude, et ce par date d’acquisition des images Landsat. Suite à une série de tests pour valider la cohérence interne du modèle, nous avons analysé nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la période d’étude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modèle élaboré montre une bonne cohérence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considération 2); tel qu’attendu, parmi les facteurs utilisés pour expliquer la vulnérabilité des sols, la végétation vivante et l’érodabilité sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs présentent une variation importante intra et inter-saisonnière de sorte qu’il est difficile de dégager des tendances à long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnérabilité forts, peu importe la saison ; 4) l’analyse diachronique des cartes des indices de vulnérabilité confirme le caractère saisonnier des niveaux de vulnérabilité dans la mesure où les superficies occupées par les faibles niveaux de vulnérabilité augmentent en saison des pluies, donc lorsque l’humidité surfacique et la végétation active notamment sont importantes, et décroissent en saison sèche ; 5) la susceptibilité, c’est-à-dire l’impact du vent sur la vulnérabilité est d’autant plus forte que la vitesse du vent est élevée et que la vulnérabilité est forte. Sur les zones où la vulnérabilité est faible, les vitesses de vent élevées ont moins d’impact. Dans notre étude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite expérimental HYPERION. Bien que la résolution spatiale de ces images soit similaire à celle de Landsat, les résultats obtenus à partir des images HYPERION révèlent un niveau de détail supérieur grâce à la résolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui réagissent le plus avec le facteur étudié. Cette étude comparative démontre que dans un futur rapproché, l’amélioration de l’accessibilité à ce type d’images permettra de raffiner davantage le calcul de l’indice de vulnérabilité par notre modèle. En attendant cette possibilité, on peut de contenter de l’imagerie Landsat qui offre un support d’informations permettant tout de même d’évaluer le niveau de fragilisation des sols par l’action du vent et par la dynamique des caractéristiques des facteurs telles que la couverture végétale aussi bien vivante que sénescente.
Wind erosion is an environmental issue among the most critical one in arid, semi-arid and dry sub-humid regions of the planet. Soil erosion accelerated by the wind action causes damages both locally and regionally. Locally, wind erosion decreases the soil nutrients by the mobilization of finer particles and organic matter. This mobilization is one of the causes of lost of soil fertility with lead to the drop in agricultural productivity and to the reduction of the topsoil depth. Regionally, dust storms raised by the wind have a significant impact on population health and infrastructure because of particles deposition. In areas where soils are frequently submitted to wind aggressions, studies are urgently required in order to spatially characterize the soils according to their degree of vulnerability. Such characterization is important for many reasons, especially for administrative authorities who must decide what action to undertake in order to preserve and conserve the agricultural potentialities of soils, often with limited financial resources available. However, in some regions, as in our study area, the region of Thiès in Senegal, such studies are lacking. In fact, in regions where soil erosion is active, the studies undertaken are much localized because of their approaches (soil erosion models) which require a substantial amount of data for short intervals of time to "capture" the spatial variability of the dynamics of the factors involved in the process of wind erosion. The availability of these data at a regional level is particularly problematic in developing countries because infrastructures and resources to support continuous monitoring of environmental variables are not always available. The approach in this research aims to fill this gap, mainly through satellite imagery and more particularly those provided by Landsat-5 and Landsat-7. Landsat images cover almost the entire optical spectrum (visible, near/mid/thermal infrared) at resolutions which allow to characterize spatially the soils, according to their vulnerability at a finer level (decametric resolution) than what is possible with satellite imagery often used in environmental studies (AVHRR images from the NOAA satellite series) with a kilometric resolution. In addition, the full archive of Landsat-5 and -7 covering more than 20 years is now easily accessible. This is an undeniable asset in order to study the dynamics of the process affecting soils vulnerability to wind erosion. Taking into account the parameters used in wind erosion models (climate, soil, vegetation), we have identified those we can estimate from satellite imagery either directly (e.g. fractional vegetation cover) or indirectly (e.g. characterization of soils by their degree of degradation). Using Landsat images acquired during to the two seasons of the region (rainy and dry season) as well as climatic data and the existing low scale soil map of the region, we developed a database describing the environmental conditions from 1988 to 2002. These data were then considered as inputs (criteria) in an empirical model we made, by modulating the impact of each criterion (weight and score). By this model, we created maps showing the degree of vulnerability (vulnerability index) of the region by date according to Landsat image acquisition date. Several tests are done to validate the internal consistency of the model. To evaluate the dynamic of the erosion process for the period we studied, we have compared our maps. Our principal conclusions are as follows: 1) the proposed model has a good internal consistency and is sensitive to spatial and temporal variation of the factors taken into consideration; 2) as expected, among the factors used to explain soil vulnerability, erodibility and fractional green vegetation cover are the most important; 3) these two factors present a high intra and inter-season variation so that it is difficult to bring out long term trends even if some parts of the territory (North and East) have high vulnerability indices regardless of season; 4) the diachronic analysis of vulnerability index maps shows seasonal trend because areas with low vulnerability indices are increasing in rainy season, when the surface moisture is higher and vegetation is particularly active, and significantly decrease in dry season; 5) as expected, susceptibility, or the impact of wind on vulnerability, is stronger when the wind speed is high and vulnerability is high. In areas where vulnerability is low, an increase in wind speed has less impact. In our study we have also included a comparative analysis of some factors derived from Landsat images and from the hyperspectral sensor of the experimental satellite HYPERION. Even if spatial resolution of the images provided by both sensors is similar, the accuracy of factors extracted from the hyperspectral images is definitely higher. This is due to the spectral resolution of the sensor which permits the selection of appropriate bands with the highest level of interaction with the factor of interest. This comparative study shows that in the near future, the accessibility to this type of images will improve the calculation of the index of vulnerability by our model. For now, Landsat imagery provides very interesting information to monitor the process of soil erosion by wind.