Tesis: "Changement hydrologique"

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Boé, Julien. "Changement global et cycle hydrologique: Une étude de régionalisation sur la France". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00256811.

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Resumen

La France, comme la majeure partie de l'Europe risque d'être confrontée à des changements climatiques sévères au cours du 21ème siècle. Cette thèse se propose d'en étudier les impacts sur le cycle hydrologique, à l'échelle des bassins versant français.
Une méthode de désagrégation statistique, basée sur le concept de type de temps, est développée et mise en œuvre afin de régionaliser un ensemble de scénarios climatiques pour forcer un modèle hydro-météorologique. Des impacts sévères sont visibles dès le milieu du 21ème siècle, avec notamment une forte diminution des débits moyens en été et automne, et une large augmentation du nombre de jours d'étiage.
D'autres méthodes de désagrégation sont utilisées afin de tester la sensibilité des résultats
au choix de la méthode: celle-ci s'avère limitée. La principale source d'incertitude
réside en fait dans le choix du modèle climatique. Nous essayons pour finir de mieux comprendre les raisons physiques de cette dispersion des scénarios climatiques sur l'Europe.

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Boe, Julien. "Changement global et cycle hydrologique : une étude de régionalisation sur la France". Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/227/.

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Resumen

La France, comme la majeure partie de l'Europe risque d'être confrontée à des changements climatiques sévères au cours du 21ème siècle. Cette thèse se propose d'en étudier les impacts sur le cycle hydrologique, à l'échelle des bassins versant français. Une méthode de désagrégation statistique, basée sur le concept de type de temps, est développée et mise en œuvre afin de régionaliser un ensemble de scénarios climatiques pour forcer un modèle hydro-météorologique. Des impacts sévères sont visibles dès le milieu du 21ème siècle, avec notamment une forte diminution des débits moyens en été et automne, et une large augmentation du nombre de jours d'étiage. D'autres méthodes de désagrégation sont utilisées afin de tester la sensibilité des résultats au choix de la méthode: celle-ci s'avère limitée. La principale source d'incertitude réside en fait dans le choix du modèle climatique. Nous essayons pour finir de mieux comprendre les raisons physiques de cette dispersion des scénarios climatiques sur l'Europe
As most of Europe, France might undergo severe climate changes during the 21st century. In this thesis we study the impacts of these changes on the hydrological cycle, at the scale of the French river basins. A statistical downscaling method, based on the concept on weather types is built and applied to regionalize an ensemble of climate scenarios in order to force an hydro-meteorological model. Severe impacts occur as soon as the middle of the 21st century, characterized by a strong decrease of mean river flows and a great increase in the occurrence of low-flow. Other downscaling methods are used in order to test the sensivity of the results to the choice of the method: this sensivity is limited. Actually, the main source of uncertainty lies in the choice of the climate model. To finish, we try to better understand the reasons for the spread of the climate change scenarios over Europe

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Boe, Julien Terray Laurent Habets Florence. "Changement global et cycle hydrologique une étude de régionalisation sur la France /". Toulouse (Université Paul Sabatier, Toulouse 3), 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/227.

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Soutif-Bellenger, Myriam. "Eau, agriculture, changement climatique : apports d'une modélisation intégrée agro-hydrologique pour l'adaptation". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS469.

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Resumen

L’agriculture consomme de l’eau pour répondre aux besoins biologiques des cultures. Quand l’eau apportée au sol par les précipitations n’est pas suffisante, de l’eau supplémentaire peut être prélevée dans les masses d’eau et apportée aux cultures : c’est ce qu’on appelle l’irrigation. Avec l’intensification du risque de sécheresse, les territoires agricoles sont particulièrement impactés par le changement climatique. Il est donc nécessaire de construire et évaluer des stratégies d’adaptation. Pour cela, nous devons prendre en compte l’évolution de la demande en eau d’irrigation dans les projections hydrologiques futures. Face à la multiplicité des enjeux liés à l’adaptation au changement climatique et à l’agriculture, il faut utiliser des approches intégrées et prenant en compte les incertitudes. Enfin, il est nécessaire de construire des stratégies concrètes, qui doivent donc être définies à une échelle suffisamment locale. Il existe déjà des modélisations explicites des agro-hydrosystèmes. Celles-ci sont cependant souvent complexes, car nécessitant une grande quantité de données et simulant de nombreux processus. A l’opposé, il existe de nombreux modèles hydrologiques, notamment les modèles conceptuels, qui sont parcimonieux, performants et opérationnels. Ceux-ci ne permettent cependant pas, en règle générale, de prendre en compte explicitement les usages. La thèse a donc porté sur le développement d’un cadre de modélisation de complexité intermédiaire. Tout d’abord, nous avons développé une modélisation intégrant i) une modélisation hydrologique conceptuelle, via le modèle GR5J journalier semi-distribué, ii) la modélisation de la demande en eau d’irrigation, via le modèle agronomique CropWat journalier, et iii) la modélisation d’ouvrages de stockage et de leur gestion, tels que des retenues et des barrages. Cette modélisation a été mise en place dans un premier temps sur le bassin versant de l’Aveyron aval. Les simulations de l’irrigation obtenues ont été comparées aux simulations de la plateforme MAELIA, modèle intégré agro-hydrologique explicite ayant fait l’objet de nombreux développements et d’enquêtes sur ce terrain. Le modèle a également été implémenté sur le bassin versant de la Seille, affluent de la Moselle, sur lequel il n’y a pas actuellement d’irrigation mais qui connaît aujourd’hui de premières difficultés liées aux sécheresses. Ensuite, un exercice prospectif interrogeant différents scénarios d’évolution locale de l’agriculture et de la gestion de l’eau a été déployé sur le bassin versant de la Seille. Des entretiens avec des acteurs locaux de l’eau et de l’agriculture ont ainsi permis de produire trois scénarios d’évolution plausibles sur le bassin versant de la Seille à échéance 2050, qui ont été implémentés dans la modélisation. Les travaux conduits dans cette thèse ont permis de confirmer l’intérêt et la nécessité d’intégrer les prélèvements en eau d’irrigation dans la modélisation hydrologique conceptuelle. Ainsi, les travaux ont mis en évidence les impacts des influences humaines dans l’hydrologie des bassins versants, et la sensibilité de la modélisation à différents scénarios agricoles et de gestion de l’eau. Notre recherche a également mis en évidence la nécessité de recourir à différents indicateurs, hydrologiques mais aussi relatifs à la satisfaction de la demande en eau, pour évaluer les impacts du changement climatique. Néanmoins, cette étude a révélé, sur le secteur d’étude prenant en compte les scénarios futurs (la Seille), la prédominance de l’incertitude liée aux projections climatiques sur les étiages futurs, devant l’incertitude liée à l’évolution de la demande en eau d’irrigation. Certaines projections conduisent ainsi à des difficultés importantes pour les cultures de printemps non irriguées, en particulier le maïs. Enfin, nous avons produit un cadre de modélisation parcimonieux généralisable et facilement réutilisable, qui pourrait être mobilisé sur d’autres territoires
Agriculture requires water to meet the biological needs of crops. When the water supplied to the soil by precipitation is not sufficient, additional water can be taken out from bodies of water and supplied to crops : this is irrigation. With the intensification of the risk of drought, agricultural territories are particularly affected by climate change. It is therefore necessary today to develop and evaluate adaptation strategies. To do this, we must take into account the evolution of irrigation water demand in future hydrological projections. Given the multiplicity of challenges related to climate change adaptation and agriculture, it is also important to implement integrated approaches and taking into account uncertainties. Furthermore, it is necessary to formulate concrete strategies, which must be defined at a sufficiently local scale. Explicit modeling of agro-hydrosystems already exists. However, these models are often complex, and require a large amount of data and simulate numerous processes. In contrast, there are conceptual hydrological models that are parsimonious, efficient, and operational but usually do not explicitly account for uses. The objective of this thesis has therefore focused on developing a framework of intermediate complexity. Firstly, a model was developed, integrating i) the modeling of hydrology using the conceptual hydrological semi-distributed daily GR5J model, ii) the modeling of irrigation water withdrawals using the daily agronomic model CropWat, and iii) modeling of storage structures and their management, such as reservoirs and dams. This modeling was first implemented on the downstream Aveyron watershed. The irrigation simulations obtained were compared with simulations from the MAELIA platform, an explicit agro-hydrological integrated model that has been the subject of numerous developments and surveys in this area. The model was also implemented in the Seille catchment, a tributary of the Moselle, on which there is no irrigation but which is currently experiencing new difficulties related to droughts. In a second phase, the developed model was applied in a prospective exercise that examined different scenarios for local agricultural and water management evolution in the Seille watershed. Interviews with local water and agriculture stakeholders were carried out to produce three plausible evolution scenarios for the Seille watershed by 2050, implemented in the model. The work carried out in this thesis confirmed the interest and necessity of integrating irrigation water withdrawals into conceptual hydrological modeling to evaluate local agricultural scenarios in the context of climate change. Thus, our work highlightedthe impacts of human influences on watershed hydrology, and the sensitivity of the model to different agricultural and water management scenarios. Our research also emphasized the need to use various indicators, both hydrological and related to water demand satisfaction, to evaluate the impacts of climate change. Nevertheless, this study revealed that in the studied area (the Seille catchment), considering future scenarios, the predominance of uncertainty related to climate projections on future low-flow periods outweighed the uncertainty linked to changes in irrigation water demand. Some projections thus lead to significant difficulties for non-irrigated spring crops, in particular maize. Finally, a parsimonious and easily reusable modeling framework was developed, which can be applied in other regions

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Brigode, Pierre. "Changement climatique et risque hydrologique : évaluation de la méthode SCHADEX en contexte non-stationnaire". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00851384.

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Depuis 2006, Électricité de France (EDF) applique une nouvelle approche hydroclimatologique de prédétermination des pluies et crues extrêmes, la méthode SCHADEX, pour le dimensionnement des évacuateurs de crues de ses barrages. Dans un contexte de changement climatique global, potentiellement amplificateur de la fréquence et de l'intensité des événements extrêmes, l'application de la méthode SCHADEX en conditions non-stationnaires est un sujet d'intérêt majeur pour les hydrologues d'EDF. Aussi, l'objectif scientifique des travaux de thèse entrepris a été d'évaluer la capacité de la méthode SCHADEX à prendre en compte l'information contenue dans les simulations du climat futur, pour estimer les crues extrêmes du futur. Les difficultés avérées des modèles climatiques et des méthodes de descente d'échelles à simuler des distributions de pluies courantes et extrêmes à l'échelle d'un bassin versant ont été contournées, en développant et en testant de nouvelles approches méthodologiques. De plus, la décomposition des processus générateurs de crues extrêmes proposée par la méthode SCHADEX a été utilisée afin d'incorporer différentes évolutions climatiques simulées, et de quantifier l'impact relatif de ces processus sur l'estimation de débits extrêmes. La méthode SCHADEX a tout d'abord été appliquée en temps présent dans différents contextes climatiques (France, Autriche, Canada et Norvège), grâce à des collaborations avec plusieurs partenaires académiques et industriels. Une analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes à la variabilité climatique observée a été réalisée sur plusieurs bassins versants. Cette analyse a permis de quantifier, de manière indépendante, le degré de sensibilité des estimations à l'aléa pluie, à la saturation des bassins versants et à la transformation pluie-débit. Les résultats obtenus ont ainsi révélé la grande sensibilité des estimations SCHADEX à l'aléa pluie forte et à la transformation pluie-débit, réalisée par le modèle hydrologique. S'appuyant sur les résultats de l'analyse de sensibilité, des travaux ont ensuite été réalisés afin d'estimer les évolutions futures des variables clés préalablement identifiées. Des sorties récentes de modèles climatiques (réalisées dans le cadre du projet CMIP5) ont été analysées, et ont permis de déterminer des fréquences d'occurrences futures d'épisodes pluvieux, ainsi que des conditions futures de saturation des bassins versants. L'incorporation de ces séries au sein de la méthode SCHADEX entraîne une diminution non négligeable des débits de crues extrêmes estimés. Dans le but de prédire l'intensité des pluies futures à partir de simulations de températures de l'air, des tests ont été entrepris sur plusieurs centaines de pluies de bassin françaises, afin de relier les températures de l'air observées avec les intensités de pluies extrêmes observées. Les résultats obtenus révèlent une augmentation moyenne de 6% des quantiles de pluies extrêmes par degré d'augmentation de la température de l'air, au pas de temps journalier. Néanmoins, des tests supplémentaires sont nécessaires pour déterminer sur quelles gammes de températures, et à quel pas de temps cette augmentation est valable. Enfin, ces différentes évolutions futures ont été toutes incorporées au sein de la méthode SCHADEX. Cet exercice final a montré la difficulté de quantifier l'impact du changement climatique sur les crues extrêmes, du fait de processus qui s'additionnent (diminution des débits extrêmes due à la fois à l'évolution des fréquences d'occurrences d'épisodes pluvieux et à l'évolution des conditions de saturation des bassins versants) et d'autres qui s'opposent (augmentation des débits extrêmes due à l'augmentation de l'intensité future des épisodes pluvieux). Si l'analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes a soulevé de nombreuses questions relatives au calage du modèle hydrologique utilisé dans la méthode SCHADEX, la quantification de l'intensité des épisodes pluvieux futurs constitue l'enjeu clé de la prédétermination des pluies et crues extrêmes en contexte de changement climatique.

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Lafaysse, Matthieu. "Changement climatique et régime hydrologique d'un bassin alpin : génération de scénarios sur la Haute-Durance, méthodologie d'évaluation et incertitudes associées". Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1679/.

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L'impact du changement climatique sur les climats régionaux et par suite sur les ressources en eau devrait être particulièrement prononcé en zones de relief. Les scénarios hydrologiques futurs nécessaires pour les études d'impact sont habituellement obtenus par simulation en forçant un modèle d'impact hydrologique (MH) par des scénarios météorologiques à haute résolution, obtenus par des Modèles de Descente d'Echelle Statistique (MDES) forcés par les sorties de modèles climatiques (GCM ou RCM). Ces MDES ont pour but de combler certaines lacunes des GCM ou RCM (biais et résolution insuffisante) compte tenu des exigences des modèles d'impact. Bien qu'un grand nombre de projections soit couramment réalisé à travers le monde, l'applicabilité de la chaîne de simuation GCM/MDES/MH en climat modifié est rarement questionnée. Nous présentons ici un cadre d'évaluation pour illustrer les possibilités et/ou les difficultés pour le transfert temporel de ces outils. Nous illustrons ensuite les incertitudes dans les projections météorologiques et hydrologiques futures qui peuvent résulter de cette transférabilité imparfaite. Les simulations et les évaluations sont réalisées pour le Haut Bassin de la Durance (3580 km2). Le modèle hydrologique SIM de Météo-France est adapté au contexte alpin. Nous considérons plusieurs configurations de 3 MDES développés au CERFACS, au LTHE, et à EDF, basées sur différents prédicteurs atmosphériques. 12 expériences climatiques issues du projet européen ENSEMBLES fournissent les champs de grande échelle pour la période 1860-2100. Dans ce contexte, les incertitudes associées aux MDES et aux GCM sont du même ordre de grandeur
The impact of global change on regional climates and in turn on water resources is expected to be especially pronounced in mountainous areas. Future hydrological scenarios required for impact studies are usually simulated by forcing an hydrological impact model (HM) with high-resolution meteorological scenarios, obtained from statistical downscaling models (SDMs) forced by climate models (GCMs or RCMs) outputs. These SDMs are expected to fill the gap between the poor resolution and the bias of climate models scenarios and the requirements of impact models. Although a number of projections are currently performed worldwide, the relevance of the simulation chain GCM/SDM/MH is rarely discussed. We present here an evaluation framework to illustrate the possibilities and/or the difficulties to transfer in time these algorithms. We next illustrate the uncertainties in future meteorological and hydrological projections that can result from this imperfect transferability. Simulations and evaluations are performed for the Upper Durance Basin (3580 km2). The hydrological model SIM from Météo-France is adapted for the alpine context. We consider several configurations of 3 SDMs from CERFACS, LTHE and EDF, based on different atmospheric predictors. 12 climatic runs from the ENSEMBLES european project provide the large scale fields for the 1860-2100 period. In this context, the SDMs and GCMs related uncertainties are of the same order of magnitude

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Dayon, Gildas. "Evolution du cycle hydrologique continental en France au cours des prochaines décennies". Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30252/document.

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L'étude des impacts du changement climatique demande souvent de mettre en place de longues chaînes de modélisation. Du modèle qui servira à estimer les concentrations futures en gaz à effet de serre jusqu'au modèle d'impact. Tout au long de cette chaîne de modélisation, les sources d'incertitudes s'accumulent et compliquent l'exploitation des résultats pour l'élaboration de stratégies d'adaptation. Il est proposé ici d'évaluer les impacts du changement climatique sur le cycle hydrologique en France ainsi que les incertitudes qui y sont associées. La contribution de chacune des sources d'incertitudes n'est pas abordée, principalement celle associée aux scénarios d'émission de gaz à effet de serre, aux modèles climatiques et à la variabilité interne. Nous proposons dans ce travail une approche pour évaluer la transférabilité dans un climat futur de la méthode statistique de régionalisation des simulations climatiques. La vérification de l'hypothèse de transférabilité effectuée est l'une des principales sources d'incertitudes des méthodes statistiques de régionalisation. L'évaluation proposée ici s'appuie sur l'utilisation de modèles régionaux, dans un cadre dit de modèle parfait, et permet de montrer que l'utilisation de certain prédicteurs s'avèrent utile à assurer la transférabilité de la méthode de régionalisation dans un climat futur. Cette approche proposée pour une méthode de désagrégation statistique est également applicable à des méthodes de correction des biais des modèles régionaux. Les récentes réanalyses atmosphériques sur l'ensemble du XXème siècle, régionalisées avec la méthode développée dans ce travail, et associées aux observations de température et précipitations permettent de caractériser le cycle hydrologique en France. Elles permettent notamment de montrer que la variabilité multi-décennale des débits observés pendant le XXème siècle est généralisée à l'ensemble du pays et est liée à la variabilité des conditions atmosphériques. Cette variabilité multi-décennale des débits est généralement plus faible dans les simulations hydrologiques réalisées avec les simulations historiques des modèles climatiques. Les projections climatiques ont été régionalisées avec la méthode développée dans ce travail. La température sur l'ensemble du pays, en moyenne sur les modèles climatiques, augmente jusqu'à 3,5°C en hiver et 6,5°C en été d'ici la fin du siècle. Les précipitations vont diminuer sur l'ensemble du pays en été, de presque moitié sur le sud du pays pour le scénario le plus sévère. En hiver, elles augmentent sur la moitié nord du pays et diminuent légèrement sur la partie sud. Dès les prochaines décennies, la diminution des précipitations est importante en été, l'évolution est moins marquée pour les autres saisons. Enfin, les résultats des projections hydrologiques réalisées avec un modèle hydrologique et un ensemble de modèles climatiques sont présentés pour les prochaines décennies et également pour la fin du XXIème siècle. Sur la Seine, les résultats sont différents en hiver de ceux présentés dans de précédentes études. Ici, les précipitations et les débits augmentent en hiver et diminuent en été sur ce bassin versant. Ailleurs en France, les résultats convergent avec les études précédentes, à savoir une augmentation de l'évapotranspiration, une diminution généralisée des débits et un assèchement des sols. L'incertitude due aux modèles climatiques et à la variabilité interne sur les changements relatifs de débits augmente systématiquement pendant le XXIème siècle, jusqu'à atteindre plus de 20% en hiver pour le scénario le plus sévère. Dans les prochaines décennies, l'incertitude due uniquement à la variabilité interne sur les changements de débits est aussi forte que l'incertitude due aux modèles climatiques et à la variabilité interne. Dès les prochaines décennies, les changements de débits annuels sont plus forts sur la Loire, la Garonne et le Rhône que les changements maximaux observés pendant le XXème siècle
The assessment of the impact of climate change often requires to set up long chains of modeling, from the model to estimate the future concentration of greenhouse gases to the impact model. Throughout the modeling chain, sources of uncertainty accumulate making the exploitation of results for the development of adaptation strategies difficult. It is proposed here to assess impacts of climate change on the hydrological cycle over France and associated uncertainties. The contribution of each sources of uncertainty is not addressed, mainly that associated with greenhouse gases emission scenario, climate models and internal variability. In the context of impacts of climate change on the hydrological cycle over France, it is possible to ask what is the contribution of each sources of uncertainty to the total uncertainty associated with mean changes. Is it possible to reduce, and if so how, the contribution of one source or another ? We propose in this work an approach to assess the transferability in the future climate of a statistical method to downscale climate simulations. The transferability assumption is one the main sources of uncertainty in statistical downscaling method. The assessment suggested here relies on the use of regional climate models, in a perfect model framework, and shows that some predictors are useful to ensure the transferability of the downscaling method in the future climate. This framework, proposed for a statistical downscaling method, is also applicable to bias correction methods in regional climate models. Recent atmospheric reanalyses of the 20th century are downscaled with the method developed in this work, associated with observations of temperature and precipitation. The hydrological cycle over France is characterized with these reconstructions. We show that the multi-decadal variability of observed streamflows during the 20th century is generalized to the whole country and is partly due to atmospheric variability. This multi-decadal variability of streamflows is generally weaker in hydrological simulations done with historical simulations from climate models. The climate projections have been downscaled with the method developed in this work. The temperature on the country, on average over climate models, could increased by 3,5°C in winter and 6,5°C in summer in the course of this century. Precipitations will decrease all over the country in summer, nearly by half on southern part of France for the most severe scenario. In winter, precipitations will increase in the northern part of the country and will decrease slightly in the southern part. In the next few decades, the decrease in precipitation is important in summer, and changes are less pronounced for other seasons. Results of hydrological projections done with one hydrological model and an ensemble of climate models are presented for the coming decades and for the end of the century. On the Seine river, results slightly differ in winter from those presented in previous studies. Here, precipitations and streamflow increase in winter and decrease in summer on that river basin. Elsewhere in France, results are consistent with previous studies, namely an increase in evapotranspiration, a decrease in streamflow and much drier soil. The uncertainty due to both climate models and internal variability on relative changes in streamflows always increase during the 21st century, to over 20% in winter for the most severe scenario. In the coming decades, the uncertainty due to internal variability only on streamflow changes is as strong as the uncertainty due to both climate models and internal variability. In the coming decades, annual streamflow changes of the Loire, Garonne and Rhône rivers are stronger than the maximum changes observed during the 20th century

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Talbot-Lanciault, Alicia. "Modélisation hydrologique CLASS-RAPID sous changement climatique sur le bassin versant du Haut-Montmorency". Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66429.

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Resumen

Les modèles hydrologiques traditionnels n’imposent pas la contrainte de conservation d’énergie à la surface. Lorsque soumis à des températures plus élevées, ils ont le potentiel de surestimer l’évapotranspiration. Le modèle de surface physique CLASS est couplé au modèle de routage RAPID, basé sur la méthode de Muskingum, pour former un modèle hydrologique plus robuste en contexte de réchauffement global. CLASS-RAPID est implanté sur le bassin versant du Haut-Montmorency (47.4°N, 71.1°O). CLASS est calibré et validé à l’aide d’observations hydrométéorologiques à la Forêt Montmorency ; RAPID est optimisé d’après les observations de débits de la Direction d’expertise hydrique du Québec. Des projections climatiques provenant des modèles CanESM2, CNRM-CM5, GFDL-ESM2M et MPI-ESM du Projet d’intercomparaison des modèles couplés et des scénarios climatiques RCP 4.5 et RCP 8.5 sont fournies en entrées à CLASS-RAPID afin de réaliser des simulations hydrologiques pour la période future de 2041 à 2070. Des projections climatiques provenant des mêmes modèles pour la période de référence de 1981 à 2005 sont également utilisées par CLASS-RAPID afin de générer une séquence de débits pouvant être comparée à celle de la période future. CLASS-RAPID obtient un score de NSE = 0, 66 au critère de performance de Nash-Sutcliffe. Le modèle reproduit fidèlement la séquence des évènements hydrologiques, mais sous-estime systématiquement les pointes de crue. Les simulations de CLASS-RAPID réalisées en condition de changements climatiques projettent que les crues printanières se produisent plusieurs dizaines de jours à l’avance pour la période future de 2041 à 2070 en comparaison à la période de référence. Pour les quatre modèles à l’étude, les simulations en condition de changements climatiques permettent de prévoir une diminution moyenne des débits d’étiage d’été de 40% pour le scénario climatique RCP 4.5 et de 50% pour le scénario climatique RCP 8.5. Pour les mêmes scénarios climatiques, l’Atlas hydroclimatique du Québec, qui repose sur une modélisation hydrologique traditionnelle, prévoit une diminution des débits de respectivement 37% et 45%.
Typical hydrological models do not impose energy conservation at the surface. Therefore, under higher temperatures they may overestimate evapotranspiration. Physical land surface model CLASS is paired to Muskingum based routing model RAPID in order to create a functional hydrological model under global warming context. CLASS-RAPID is set up on the Haut-Montmorency watershed (47.4°N, 71.1°W). The model is calibrated and validated with the ERA5 reanalysis and the flowrates observations from the Direction d’expertise hydrique du Québec. Climate projections from CanESM2, CNR-CM5, GFDL-ESM2M and MPI-ESM and climate scenarios RCP 4.5 and RCP 8.5 are given as entries to CLASS-RAPID in order to simulate flowrates for 2041 to 2070. Climate projections from the same models and for the benchmark period of 1981 to 2005 are used by CLASS-RAPID in order to obtain hydrological simulations that can be compared to the flowrates of 2041 to 2070. CLASS-RAPID has a Nash-Sutcliffe coefficient of NSE = 0, 66. The model tends to replicate hydrological events sequence correctly but underestimate flood peaks. CLASS-RAPID simulations under climate changes conditions foresee that spring floods will tend to happen sooner in the years for 2041 to 2070 when compared to the benchmark period. For the four climate models, climate changes simulations foresee reductions of summer flowrates of 40% for climate scenario RCP 4.5 and of 50% for climate scenario RCP 8.5. For the same climate scenarios, the Atlas hydroclimatique du Québec foresees a reduction of the flowrates of respectively 37% and 45%.

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De, smedt Sylvie. "Le bilan hydrologique régional: étude de sa variabilité à l'aide de simulations numériques". Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000687.

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A l'occasion de ce travail de thèse, nous avons souhaité contribuer aux études d'impacts du changement climatique sur le bilan d'eau en Europe. Nous avons utilisé les outils de la modélisation du climat, modèle de circulation générale et schéma de surface, et nous nous sommes placés à l'interface entre l'atmosphère et la surface. Ce travail s'est décomposé en deux parties. Dans un premier temps, nous avons étudié la sensibilité du bilan d'eau simulé par le schéma de surface du laboratoire, ORCHIDEE, à la résolution des forçages atmosphériques sur deux régions d'Europe, la péninsule ibérique et le bassin versant du Rhône (dans le cadre du projet international Rhône-AGG). Dans un deuxième temps, nous avons abordé la thématique des impacts du changement climatique sur le bilan d'eau sous un angle plus atmosphérique, par l'étude des dépressions qui traversent l'Atlantique en direction de l'Europe, et de leurs liens avec les précipitations.

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Adallal, Rachid. "Variabilité environnementale des lacs du moyen Atlas marocain : fonctionnement hydrogéochimique, hydrologique et réponse au changement climatique". Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/190503_ADALLAL_832bmr769lk231jud210zypqc_TH.pdf.

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La région sud de la Méditerranée, située à l’interface des climats aride et tempéré, est extrêmement vulnérable au changement climatique avec un fort impact sur les ressources en eaux. Le Moyen Atlas marocain draine les plus grands fleuves du pays et possède plusieurs lacs d’origine tectono-karstique. Ces lacs peuvent être considérés comme des sentinelles des changements hydroclimatiques, à condition de comprendre les mécanismes qui régissent leur fonctionnement hydrologique en lien avec le climat actuel. Cette thèse s’est concentrée sur la caractérisation des fonctionnements hydrogéochimique et hydro-isotopique lac Azigza à l’échelle mensuelle (octobre 2012 – octobre 2016). Les paramètres physico-chimiques et chimiques ont permis de proposer les mécanismes associés à la minéralisation des eaux lacustres et à la caractérisation des apports en eaux du bassin versant. Les données isotopiques ont permis de préciser l’origine des eaux, l’altitude de recharge, le renouvellement des eaux et d’établir une estimation des flux d’eau. L’acquisition des données journalières du niveau du lac a mis en évidence la réponse rapide du lac aux évènements de précipitations. De plus, le suivi du niveau de lac sur la période d’observation montre une diminution d’environ 4 m. Ce qui nous a permis de simuler les variations du niveau du lac sur la période instrumentée et d’aboutir à la quantification des apports en eaux du bassin versant et des pertes par voie souterraine. De façon exploratoire, le modèle hydrologique a ensuite été testé pour reconstituer les variations historiques du niveau du lac. En prospective, la réponse du lac Azigza face au changement climatique futur est discutée
The southern Mediterranean region, at the interface between arid and temperate climates, is highly vulnerable to climate change and water availability. The moroccan Middle-Atlas mountains contains several natural lakes regarded as sentinels of hydro-climatic changes, provided that their hydrological functioning is clearly understood. This thesis work was focused on the study of the hydrogeochemical and hydro-isotopic functioning of Azigza lake based on a monthly monitoring (October 2012–October 2016). The physicochemical and chemical parameters (major elements), allowed to propose the mechanisms associated with the mineralization of lake waters and the characterization of groundwater inflows from watershed into the lake. The waters of the Azigza lacustrine system fall under the calcium-magnesium-bicarbonate category. The lake is hot monomictic type. The waters show a seasonal response to climatic variations.The isotopic data allow to specify the origin of waters, the recharge altitude, the residence time of waters. The daily data of water level highlights the fast response of the lake to precipitation. During the whole observation period, the lake level decreased by about 4 meters. This approach was used to simulate the variations of the lake level over the observation period and to quantify the contributions of the groundwater flows. This approach was used to simulate the variations of the lake level over the observation period and to quantify the contributions of the groundwater flows. The hydrological model was then tested to reconstruct historical lake level variations. Finally, the possible use of the model to predict future lake level is discussed

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Lavado, Casimiro Waldo Sven. "Modélisation du bilan hydrique à pas de temps mensuel pour l'évaluation de l'impact du changement climatique dans le bassin Amazonien du Pérou". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00467030.

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Les recherches entreprises au cours de la présente thèse s'intéressent à répondre aux questions suivantes: Quels sont les cycles annuels et saisonniers, ainsi que la variabilité interannuelle et intra-saisonnière à moyen et long terme, des principales composantes du cycle hydrologique sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quelles sont les réserves disponibles en eau sur les bassins des rios Huallaga et Ucayali ? Quel est l'impact du changement climatique sur l'hydrologie des rios Huallaga et Ucayali ? En premier lieu, nous décrivons les principales caractéristiques des bassins des rios Ucayali et Huallaga, ainsi que la base de données utilisée. Nous avons ainsi mis en évidence le réchauffement sur notre zone d'étude (estimé à +0.09°C par décade). De plus, les ruptures observées sur les séries de température moyenne à la fin des années 70 concordent avec les séquences d'événements de type « El Niño ». Nous avons aussi démontré une corrélation négative entre les températures et l'indice du Pacifique (Indice d'Oscillation du Sud, IOS). Par contre, aucune tendance n'est mise en évidence dans les séries de précipitation. Néanmoins, environ 10% des stations de notre région d'étude présentent des ruptures significatives dans la période 1991-2000. La production des ressources en eau sur les bassins des rios Ucayali et Huallaga est évaluée pour 7 sous-bassins : 6 situés dans le bassin de l'Ucayali et un situé dans le basin du Huallaga. Pour quantifier ces ressources en eau, nous utilisons deux modèles hydrologiques au pas de temps mensuel (GR2M et MWB3). L'utilisation des données de capacité de rétention en eau des sols (maximum, moyenne et minimum) de la FAO, comme valeurs d'entrée dans les modèles hydrologiques, a contribué à rendre plus physique ces modèles. Les paramètres optimaux obtenus par calibration reproduisent raisonnablement bien l'écoulement observé à l'exutoire des bassins sélectionnés. L'impact des changements climatiques sur l'hydrologie ont été évalué en utilisant comme données climatiques les sorties des modèles de l'IPCC (BCM2, CSMK3 et MIHR), correspondant aux scénarios A1B et B1. Les écoulements annuels simulés sur la période 2008-2099 suggèrent que les impacts du changement climatique sur l'hydrologie varient avec le bassin, le modèle hydrologique choisi, et le scénario: Le sous-basin Requena est caractérisé par une augmentation (respectivement une diminution) d'écoulement en utilisant les modèles GR2M (respectivement MWB3) en considérant les scénarios A1B et B. Les bassins de Chazuta, Maldonadillo et Pisac voient leurs débits diminuer tandis que les bassins de Puerto Inca, Tambo et Mejorada voient leurs débits augmenter. Les changements simulés dans les écoulements mensuels sur la période 2008-2099 suggèrent une augmentation pour tous les sous-bassins, excepté le bassin de Pisac. Juillet, Août et Septembre sont en général les mois caractérisés par les changements les plus marqués, avec une augmentation des débits pour les bassins de Requena, Chazuta, Puerto Inca, Maldonadillo et Tambo.

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Alraddawi, Dunya. "Rôle de la vapeur d'eau dans le cycle hydrologique en Arctique". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV094/document.

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La vapeur d'eau atmosphérique joue un rôle clé dans le budget radiatif en Arctique, le cycle hydrologique et donc le climat. Mais sa mesure avec une précision reste un défi. La vapeur d'eau en Arctique se caractérise par une variabilité spatiale et temporelle qui n'est pas complètement comprise. Sa colonne atmosphérique total intégrée (TCWV) est étudiée dans cette thèse. Trois méthodes de mesures de la TCWV à distance sont testées et validées pour la région polaire. Cela inclut les mesures de TCWV aux bandes NIR/VIS/IR par les capteurs MODIS, SCIAMACHY, et AIRS embarqués sur satellites. Le cycle saisonnier de la TCWV à 19 stations polaires de référence est examiné suite à l'effet de la latitude, de la longitude en plus de l'effet continental/océanique. Les mesures utilisées ont été validées aux trois stations polaires via la comparaison à une base de données référentielle de TCWV convertis de retards de signaux GPS basés au sol. Les incertitudes et limites de mesures satellitaires sont évaluées par saison et par mois. Particulièrement, nous avons étudié l’effet de la présence de nuages sur les mesures des TCWV par satellites. Dans le NIR et dans le VIS, les mesures subissent une sensibilité accrues à la présence de nuages aux latitudes hautes en été. En plus, l’estimation de l’albédo est toujours un défi aux modèles d’inversion de la TCWV, surtout en présence de neige en régions cultivées. Suite aux résultats de la validation, la distribution et les tendances saisonnières de la TCWV au-dessus de toute l'Arctique ont été évalués via MODIS. Les tendances et anomalies accrues sont discutées principalement en réponse aux changements observés en Arctique au cours des 2001-2015 années, celles qui concernent la végétation, la couverture de neige, et la glace de mer. Les tendances accrues de la TCWV peuvent être liées à l’augmentation locale de surfaces vertes relative à la neige pendant les saisons transitoires. Des tendances augmentées de la TCWV étaient observables par MODIS, forcé par le réchauffement estival local pendant les vagues de chaleurs au temps de ciels clairs. Un déclin dramatique de la glace de mer près des côtes Sibériennes et de la cote du Beaufort a entraîné une augmentation locale observée de la TCWV en début d’automne. Une phase de réchauffement au niveau de l’archipel du Svalbard, persistant en toutes saisons sauf l’été, a entrainé également des quantités supplémentaires de la TCWV. La détection et justification de tendances est une tache toujours loin d’être accomplie. Les mesures en Arctique sont toujours en question, les mesures de la TCWV au-dessus de surfaces vertes en hiver, ou à travers du ciel nuageux en été sont des défis majeurs
Atmospheric water vapour plays a key role in the Arctic radiation budget, hydrological cycle and hence climate, but its measurement with high accuracy remains an important challenge. Arctic water vapor is characterized by a spatial and temporal variability which is not completely understood yet. Its mass integrated in the atmospheric column (TCWV) is studied in this thesis. TCWV seasonal cycle at 18 polar stations is examined following the effect of latitude, longitude in addition to the continental effect. The measurements used in this thesis were validated at three polar stations, the satellites measurements of TCWV in the NIR/VIS/IR bands by MODIS/ SCIAMACHY/ AIRS sensors are compared to those obtained from ground based GPS signals delay. Their uncertainties and limitations are evaluated in season and month scales especially their sensitivities to the clouds presence. In NIR and VIS, the measurements undergo increased sensitivity to the presence of clouds at high latitudes in summer. In addition, albedo estimation is still a challenge to their TCWV inversion models, especially where canopies are snow-covered. Following the validation results, the distribution and seasonal trends of the TCWV over the entire Arctic was assessed via MODIS. Trends and anomalies are discussed mainly in response to changes in the Arctic vegetation, snow cover, and sea ice during 2001-2015. Increased trends in TCWV may be related to local increase of vegetated areas coincidently to snow cover decrease during transient seasons. Increased trends in TCWV were observed by MODIS, forced by local summer warming from many warm waves. A dramatic decline in sea ice near the Siberian and Beaufort coasts led to an observed local increase in TCWV in early fall. A warm-up phase in the Svalbard archipelago, persisting in all seasons except summer, also resulted in additional quantities of TCWV. The detection and justification of trends is a task still far from being accomplished. Arctic TCWV measurements are in question, TCWV measurements over green areas in winter, or through cloudy skies in summer are the major challenges

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Imbach, Pablo. "Impacts du changement climatique sur les services des écosystèmes en Méso-Amérique". Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066318.

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L'adaptation au changement climatique est souvent considérée dans les politiques de développement. Dans ce contexte, on a besoin de comprendre les impacts du changement climatique et les effets possibles des mesures d'adaptation. En Mésoamérique, l'eau et la préservation de la biodiversité sont deux thèmes majeurs des politiques. Ce travail présente une évaluation des impacts du changement climatique sur les écosystèmes et leurs services hydrologiques, ainsi qu'une évaluation de l'efficacité comme mesure d'adaptation des écosystèmes, d'un réseau régional de corridors et d'aires protégées. Les impacts ont été évalué avec le calibrage, la validation et l'utilisation d'un modèle de transferts sols-végétation-atmosphère. Le modèle a été calibré puis il a été utilisé pour simuler des changements de végétation et d'hydrologie selon scénarios climatiques futurs. Nos résultats montrent une diminution générale du ruissellement et du LAI. Des tendances mixtes ont été trouvées pour l´evapotranspiration. L'évaluation des réseaux des aires de protection recourt à un modèle des automates cellulaires pour la dispersion des espèces selon scénarios climatiques et politiques de préservation environnementale. Nous trouvons que les changements de climat sont trop rapides pour les espèces à dispersion lente et que les corridors de biodiversité les plus utilisés pour la dispersion sont les plus étendus en superficie et ceux qui prolongent les aires protégées avec un gradient altitudinal. Nos résultats marquent les premières travaux pour la Mésoamérique sur les impacts du changement climatique et une évaluation des politiques de conservation.

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Tisseuil, Clément. "Modéliser l'impact du changement climatique sur les écosystèmes aquatiques par approche de downscaling". Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/763/.

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L'objectif était d'évaluer l'impact du changement global sur les écosystèmes aquatiques au cours du 21ème siècle, dans le bassin Adour Garonne (S-O France). Une approche de " downscaling " a été développée à l'interface entre les sciences du climat, de l'hydro-chimie et de l'écologie. Les résultats suggèrent une augmentation globale des débits hivernaux ainsi que des débits d'étiages plus faibles. Les concentrations en nitrate pourraient augmenter, de même que la distribution des espèces de poissons les plus thermophiles. Toutefois, une diminution des gaz à effet de serre ainsi qu'une modification des pratiques agricoles (ex. Diminution des fertilisants azotés) pourraient limiter l'intensité des perturbations écologiques. Cette thèse offre une contribution originale, notamment pour la gestion future des ressources hydriques et écologiques
This thesis aimed at assessing the impact of global change on freshwater ecosystems during the 21st century in the Adour Garonne area (SW France). A downscaling approach was developed linking techniques from climate, hydro-chemical and ecological sciences. The main results suggest an increase of high flows in winter as well as more severe low flows in summer. Nitrogen concentrations and thermophile fish species distribution may also increase. Reducing green house gas emissions and modifying agricultural practices (e. G reducing nitrate fertilizers) could reduce the intensity of ecological disturbances. This study is an original contribution to the management of future hydrological and ecological resources

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Lemaitre-Basset, Thibault. "Importance de la demande en eau atmosphérique et anthropique en contexte de changement climatique sur la durabilité de la gestion de la ressource : cas d'étude du bassin versant de la Moselle en France". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://theses.hal.science/tel-04155520.

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Les projections climatiques analysées dans le cadre du travail du GIEC indiquent des augmentations de température allant de +2 à +6 °C d'ici 2100 en moyenne sur la surface terrestre. Un réchauffement d'une telle ampleur et d'une telle rapidité est inédit, et il est dû aux activités humaines. Malgré ce constat, une réduction des émissions de gaz à effet de serre ne semble pas se dessiner dans un délai raisonnable. Il est donc nécessaire de réfléchir à des stratégies d'adaptation pour limiter les impacts délétères du changement climatique. Le cycle de l'eau est directement impacté par ces changements climatiques, via une augmentation de la demande en eau de l'atmosphère qui pourrait entraîner une augmentation de l'évapotranspiration, et via un accroissement de la pression anthropique sur la ressource en eau, dont les réserves peuvent évoluer. En s'appuyant sur des simulations hydrologiques établies en contexte de changement climatique, les gestionnaires sont en mesure d'apprécier la magnitude des changements futurs. Néanmoins, l'utilisation de modèles hydrologiques repose sur l'utilisation d'hypothèses de stationnarité qui peuvent être mises à mal en contexte de changement global. L'objectif général de la thèse est de proposer des méthodologies permettant de mettre en place une modélisation hydrologique plus pertinente pour répondre à des problématiques de gestion durable de la ressource en eau que peuvent se poser des gestionnaires
The climate projections analysed in the IPCC reports indicate an increase in air temperature ranging from +2 to +6 °C on average by 2100. A warming of this magnitude and speed is unprecedented, and it is due to human activities. Despite this fact, a reduction in greenhouse gas emissions does not seem to be in sight within a reasonable time frame. It is therefore necessary to think about adaptation strategies to mitigate the deleterious impacts of climate change. The water cycle is directly impacted by climate change, through an increase in atmospheric water demand that could lead to an increase in evapotranspiration, and through an increase in anthropogenic pressure on water resources, whose reserves may change. By relying on hydrological simulations under climate change scenarios, stakeholders can assess the magnitude of future changes. However, hydrological models often rely on stationarity assumptions that may not be valid under global change. The overall objective of this thesis is to introduce methodologies that implement hydrological modelling frameworks more suited to deal with the challenges faced by stakeholders in sustainable water resource management

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Brulebois, Etienne. "Impacts du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne : aspects quantitatifs et qualitatifs". Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS027/document.

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De nombreuses études portant sur les impacts du changement climatique sur la ressource en eau ont été réalisées à l'échelle des grands bassins versants continentaux, celle des petits bassins versants demeurant peu étudiée. La région Bourgogne se situe à la croisée de plusieurs bassins hydrographiques (Seine, Loire, Rhône), et offre une grande diversité de contextes hydrogéologiques. Les impacts du changement climatique sont susceptibles de varier localement et leur détermination requiert l'implémentation d'une chaîne de modélisation hydroclimatique à l'échelle locale. L'objectif de cette thèse a consisté en la mise en place d'un tel outil de modélisation à l'échelle des petits bassins versants de Bourgogne. Un échantillon de bassins versants et deux modèles hydrologiques de conceptualisation différente ont été choisis : un modèle pluie-débit global (GR4J) et un modèle semi-distribué à base physique (SWAT). Ces modèles ont permis d'approcher les différents aspects des impacts sur la ressource en eau (débit à l'exutoire, ressource spatialisée, qualité de l'eau). Les modèles ont été calibrés, et leur robustesse a été testée en contexte de changement climatique, validant ainsi leur utilisation sur une période future. Une désagrégation spatiale des données climatiques a été nécessaire afin d'alimenter les modèles hydrologiques sur la période de projection. L'analyse de données observées a permis de mettre en évidence une rupture dans les températures de surface en 1987/88 (en Bourgogne comme en France métropolitaine), et une modification des régimes hydrologiques de part et d'autre de cette rupture. Les projections réalisées sur la période 1980-2100 ont permis de montrer : i) peu d'évolution des débits moyens annuels mais une accentuation de la saisonnalité, via une augmentation des débits hivernaux et une diminution des débits estivaux, en lien avec le régime des précipitations et avec l'augmentation de l'évapotranspiration. ii) des indicateurs d'étiages montrant une aggravation de leur sévérité et une emprise temporelle plus grande durant l'année hydrologique, iii) une qualité de l'eau dégradée. Afin d'ouvrir de nouvelles perspectives grâce à cette chaîne de modélisation (en termes aide à la décision), l'aptitude de la chaîne de modélisation à évaluer les impacts de divers scénarios de changement de pratiques agricoles a été testée
Numerous studies dealing with climate change impacts on water ressources have been done at global scale, but the moderated size watersheds scale is less studied. The Burgundy region is located over several hydrographical basins (Seine, Loire and Rhône river), and provides a great diversity of hydrogeological and climate contexts. For these reasons, impacts of climate change on water resources are expected to be very different in space, and require an entire hydroclimatic modelling chain at local scale to be assessed. The main objective of this thesis consisted of the implementation of a modelling tool at the moderated-size watersheds scale of Burgundy. In this way, several watersheds and two hydrological models have been chosen : a global and empirical rainfall-runoff model (GR4J) and a physical based and semi-spatialised model (SWAT). These two models allow us to assess every aspects of climate change impacts : quantitative (streamflow and spatialised ressource) and qualitative impacts.Models have been calibrated, including a cross calibration/validation test in climate contrasted periods, to confirm their robustness. A disaggregation of global climate data has been done in order to feed models during projection.Observations analysis highlighted a climate shift (in Burgundy as well as over the entire french territory), resulting in a modification of hydrological regime. Models projection over the XXIth century showed i) not much evolution of annual streamflow, but an accented seasonality, with an increase of winter streamflow, and a decrease of summer streamflow, linked with the rainfall regime and the evapotranspiration increase, ii) drought flow indices showing an increase of severity of the drought flow period, iii) a decrease in water quality. In order to explore the capacities of the modelling chain, several sensibility tests have been done, based on management practices scenarios

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Jomaa, Fatima. "Précipitations sur le sud de la France : caractérisation, source et impacts sur le cycle hydrologique régional". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALU025.

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La région méditerranéenne se distingue comme un « point chaud » potentiel en matière de science du climat, ce qui signifie une région où les impacts du changement climatique devraient être particulièrement importants. Dans la région méditerranéenne, il existe une interaction complexe entre l’atmosphère océanique et la terre ferme, associée à des caractéristiques morphologiques distinctes. Ce couplage fort fait référence aux interactions entre la mer Méditerranée, l’atmosphère et les terres environnantes, influençant des dynamiques climatiques locales spécifiques. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la partie sud de la France située dans la région nord-ouest de la Méditerranée. En raison de ces caractéristiques géographiques particulières et des interactions complexes entre les processus océaniques et atmosphériques à différentes échelles spatiales et temporelles, le climat et en particulier l'hydroclimat du sud de la France présente des caractéristiques spatiales et temporelles complexes ainsi que leur variabilité. Il existe un manque de compréhension des processus hydrologiques locaux, ce qui nécessite une analyse complète à haute résolution de toutes les composantes du cycle hydrologique dans cette région. Dans nos travaux, nous nous concentrerons sur la branche atmosphérique du cycle hydrologique dans le Golfe du Lion et nous considérerons les précipitations, le transport d'humidité et les processus hydrologiques de surface tels que le ruissellement et l'humidité du sol.L’objectif de cette recherche doctorale peut être résumé en trois questions principales abordant la complexité du cycle hydrologique sur le sud de la France :1. Quelles sont les forces et les faiblesses des différents types de jeux de données pour capturer la variabilité des précipitations et leurs extrêmes sur le sud de la France ?Pour répondre à cette question, nous avons étudié l'exactitude et la fiabilité de toutes les sources de données disponibles pour cette région dans la représentation des conditions climatiques réelles, fournissant ainsi un aperçu de leur applicabilité aux études hydrologiques dans la région méditerranéenne. Les résultats de cette analyse sont présentés au chapitre 2.2. Quelles sont les sources de transport d'humidité qui contribuent aux précipitations et aux événements météorologiques extrêmes dans le sud de la France ?Pour répondre à cette question, nous avons analysé le transport d'humidité dans cette région. De plus, nous avons étudié le transport de l’humidité dans les conditions d’événements de précipitations extrêmes. Pour explorer les mécanismes à l’origine du transport d’humidité, nous avons effectué une analyse groupée des modèles météorologiques correspondants. Les résultats sont présentés au chapitre 3.3. Quel est l'impact de la variabilité et de l'évolution des précipitations sur l'humidité des sols et le ruissellement continental dans le sud de la France ?Pour répondre à cette question, nous avons analysé les interactions entre les régimes de précipitations et les composantes terrestres du cycle hydrologique, telles que l'humidité du sol et le ruissellement. Reasulate est présenté au chapitre 4
The Mediterranean region stands out as a potential ’hotspot’ in climate science which signifies a region where the impacts of climate change are expected to be particularly significant. In Mediterranean region there is intricate interplay between the ocean atmosphere and land, coupled with distinct morphological features. This strong coupling refers to the interactions among the Mediterranean Sea, the atmosphere, and the surrounding land, influencing specific local climate dynamics. In our study, we focused on the Southern part of France located in the northwestern Mediterranean region. Due to these special geographical features and the complex interactions between ocean and atmospheric processes at different spatial and temporal scales, the climate and especially the hydroclimate of the Southern part of France exhibits intricate spatial and temporal characteristics and their variability. There is a lack of understanding of local hydrological processes, which requires a high-resolution comprehensive analysis of all hydrological cycle components in this region. In our work, we will focus on the atmospheric branch of the hydrological cycle in the Gulf of Lion and we will consider precipitation, moisture transport, and surface hydrological processes such as runoff and soil moisture.The aim of this PhD research can be summarized in three main questions addressing the complexities of the hydrological cycle over southern France:1. What are the strengths and weaknesses of various type of datasets in capturing the precipitation variability and its extremes over southern France ?To answer this question, we investigated the accuracy and reliability of all available data sources for this region in representing the actual climatic conditions, providing insights into their applicability for hydrological studies in the Mediterranean region. Results of this analysis are presenting in Chapter 2.2. What are the sources of moisture transport contributing to precipitation and extreme weather events in southern France ?To answer this question, we analyzed the moisture transport in this region. Additionally, we investigated the moisture transport for the conditions of extreme precipitation events. To explores the mechanisms driving of moisture transport we performed clustering analysis of corresponding weather patterns. Results are presenting in Chapter 3.3. How do variability and trends in precipitation impact soil moisture and continental runoff in southern France ?To answer this question, we analyzed the interactions between precipitation patterns and terrestrial components of the hydrological cycle, such as soil moisture and runoff. Reasulate are presenting in Chapter 4.The structure of this thesis is organized as follows: Chapter 1 introduces the data sources utilized in this study, discussing their respective limitations. It also details the methodologies employed to evaluate these datasets and to investigate the sources of moisture affecting this region. Chapter 2 focuses on the examination of precipitation characteristics within the region. It assesses various precipitation datasets to understand their reliability and accuracy in capturing the area’s precipitation dynamics. Chapter 3 is dedicated to analyzing long-term moisture transport patterns. This chapter aims to elucidate the mechanisms behind moisture movement into the region. Chapter 4 delves into the analysis of runoff and soil moisture, exploring their relationship with precipitation. It examines how precipitation influences soil moisture and runoff, contributing to the broader understanding of the regional hydrological cycle

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Salmon-Monviola, Jordy. "Modélisation agro-hydrologique spatialement distribuée pour évaluer les impacts des changements climatique et agricole sur la qualité de l'eau". Thesis, Rennes, Agrocampus Ouest, 2017. http://www.theses.fr/2017NSARD081/document.

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L'objectif général de cette thèse est axé sur l’amélioration de modèles agro-hydrologique spatialement distribués pour l’analyse d'agro-hydrosystèmes, sous contrainte de changements climatiques et anthropiques. Cette thèse est structurée autour de trois questions de recherche liées à : i) la représentation de la dynamique spatio-temporelle des systèmes de cultures pour leur utilisation en entrée de modèles agro-hydrologiques distribués ; ii) la représentation du niveau exploitation agricole et des décisions des agriculteurs dans les modèles agro-hydrologiques distribués ; iii) la capacité de ces modèles à simuler des changements climatiques et anthropiquesDes éléments de réponse à ces questions sont apportés par des approches de modélisation réalisées dans différents contextes et à différentes échelles d’espace et de temps. Ces différentes approches sont discutées en les comparant notamment avec d’autres travaux réalisés. Ces différentes études soulèvent la nécessité de développer des méthodologies permettant i) d’une part l’acquisition de données et leur intégration dans les modèles agro-hydrologiques distribués ii) et d’autre part l’amélioration de l’exploitation des simulations, notamment pour les transformer en informations pertinentes et accessibles pour les parties prenantes au niveau d’un territoire. Des perspectives, portant à la fois sur la prise en compte des incertitudes des simulations des modèles agro-hydrologiques et l’analyse de la robustesse de ces modèles, sont également considérées
The general objective of this thesis is to improve spatially distributed agro-hydrological models for agro-hydrosystems analysis, under climatic and anthropogenic changes, in order to contribute to the identification of levers of action to mitigate effects of non-point source agricultural pollution. This thesis is structured around three research questions related to: i) the representation of spatio-temporal dynamics of cropping systems for their use as input in distributed agro-hydrological models; ii) the representation of farm level and decisions of farmers in distributed agro-hydrological models; and iii) the ability of these models to simulate climate and anthropogenic changes.Elements of response to these questions are provided by modeling approaches carried out in different contexts and at different scales of space and time. These approaches are discussed by comparing them with other works carried out. These different studies raise the need to develop methodologies allowing (i) the acquisition of data and their integration in distributed agro-hydrological models (ii) and, the improvement of the use of simulations results, in particular to transform them into relevant and accessible information for stakeholders at territorial level. Perspectives, covering both uncertainties of the simulations of the agro-hydrological models and the analysis of the robustness of these models, are also considered

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Quintana, Seguí Pere. "Simulation hydrologique en région méditerranéenne avec SAFRAN-ISBA-MODCOU : amélioration de la physique et évaluation des risques dans le cadre du changement climatique". Phd thesis, Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/1804/.

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Le modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU est évalué et sa physique améliorée. L'analyse météorologique SAFRAN est tout d'abord validée en détail. Le modèle de surface ISBA est ensuite modifié pour mieux décrire la conductivité hydraulique dans le sol. Une stratégie de calibration est définie et appliquée à l'échelle de la France. Le modèle amélioré est finalement utilisé pour évaluer les impacts du changement climatique en région méditerranéenne. Un scénario d'un modèle de climat régional est désagrégé en utilisant deux méthodes différentes. L'étude montre que les incertitudes liées à la désagrégation sont importantes. L'incertitude au modèle d'impact est moindre, mais doit être prise en compte pour les extrêmes. Dans cette région les débits extrêmes et, parfois, moyens, augmenteront pendant la première moitié du XXIe siècle. A la fin du siècle le scénario indique une baisse des débits moyens décroisent et une stabilité des débits extrêmes, ce qui conduit à une augmentation de la variabilité
The SAFRAN-ISBA-MODCOU model is assessed and its physics are improved. The SAFRAN meteorological analysis is first validated in detail. The surface model ISBA is then modified to better describe the hydraulic conductivity in the soil. A strategy of calibration is defined and applied at the scale of France. The improved model is then used to assess the impacts of climate change in the Mediterranean region. A regional climate model is downscaled by two different methods. The study shows that the uncertainties related to the downscaling are important. Uncertainty related to the impact model is smaller, but must be taken into account for the extremes. In this region, the extremes of riverflows, and sometimes the means, will increase during the first half of the twenty-first century. At the end of the century, the scenario indicates a decline of the average of riverflows and the extremes will remain stable, leading to increased variability

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Quintana, Seguí Pere. "Simulation hydrologique en région méditerranéenne avec SAFRAN-ISBA-MODCOU : amélioration de la physique et évaluation des risques dans le cadre du changement climatique". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00367576.

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Le modèle SAFRAN-ISBA-MODCOU est évalué et sa physique améliorée. L'analyse météorologique SAFRAN est tout d'abord validée en détail. Le modèle de surface ISBA est ensuite modifié pour mieux décrire la conductivité hydraulique dans le sol. Une stratégie de calibration est définie et appliquée à l'échelle de la France. Le modèle amélioré est finalement utilisé pour évaluer les impact du changement climatique en région méditerranéenne. Un scénario d'un modèle de climat régional est désagrégé en utilisant deux méthodes différentes. L'étude montre que les incertitudes liées à la désagrégation sont importantes. L'incertitude liée au modèle d'impact est moindre, mais doit être prise en compte pour les extrêmes. Dans cette région, les débits extrêmes, et parfois, moyens, augmenteront pendant la première moitiée du XXIème siécle. A la fin du siècle, le scénario indique une baisse des débits moyens et une stabilité des débits extrêmes, ce qui conduit à une augmentation de la variabilité.

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Saint-Lu, Marion. "Étude des liens entre les événements El Niño et le cycle hydrologique des régions tropicales dans différents contextes climatiques". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLV028/document.

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Resumen

La variabilité interannuelle du Pacifique tropical est aujourd’hui principalement modulée par l’oscillation ElNiño/Oscillation Australe (ENSO). Étant donnés les forts impacts économiques et sanitaires de ce phénomène,la compréhension de son évolution au fil du temps représente un enjeu majeur. Étudier la variabilité ENSOdans différents contextes climatiques permet de comprendre comment celle-ci est reliée à l’état moyen duclimat. Nous utilisons des simulations climatiques de l’Holocène moyen (6 000 ans et 4 000 ans avant nosjours), du dernier maximum glaciaire (21 000 ans avant nos jours) et d’un climat théorique avec le dioxyde decarbone atmosphérique multiplié par quatre, réalisées avec plusieurs modèles numériques. Nous montrons que lavariabilité ENSO a des caractéristiques significativement différentes dans chaque contexte climatique. Les liensentre ces différences et l’état moyen du climat sont nombreux et non linéaires. L’étude des paléoclimats est alorsnécessaire pour comprendre les changements d’ENSO et pouvoir projeter son évolution future. De nombreusesarchives climatiques utilisées pour reconstruire le paléo-ENSO sont situées dans le sud-ouest du Pacifiquetropical, sous l’influence de la zone de convergence du Pacifique sud (SPCZ). Nous montrons que l’impactd’ENSO sur la position de la SPCZ change avec le climat. Or, celui-ci est déterminant pour l’interprétation dusignal issu des archives. Ainsi, les mécanismes reliant ENSO à la SPCZ dans le climat moderne ne peuvent pasêtre directement extrapolés à d’autres contextes climatiques. En combinant l’information des modèles et desarchives, nous pouvons avancer sur la compréhension des changements de variabilité dans le Pacifique sudouestet sur l’interprétation des enregistrements fossiles. En dernier lieu, nous abordons les changements de lavariabilité ENSO avec un nouvel angle de vue, celui de son rôle au sein du bilan énergétique global. D’aprèsles résultats du modèle IPSL-CM5A-LR, la contribution relative des événements El Niño à la redistributionglobale d’énergie est amoindrie à l’Holocène moyen, par rapport au climat moderne. Par ailleurs, la capacitédu Pacifique tropical à exporter l’énergie en moyenne est aussi réduite. Ainsi, la pompe à chaleur globaleconstituée par le Pacifique tropical est moins puissante à l’Holocène moyen, à la fois par la réduction de sacapacité moyenne à exporter que par la contribution amoindrie d’El Niño. Ce résultat suggère qu’il y a unecohérence entre le changement d’ENSO et le rôle de pompe à chaleur joué par le Pacifique tropical
Interannual variability in the tropical Pacific is mainly modulated by the El Niño / Southern Oscillation (ENSO).Understanding the time evolution of this phenomenon is a major issue, given its strong impacts on health andeconomics. Studying the ENSO variability in different climatic contexts allows us to understand its links to themean-state. We use climatic simulations of the mid-Holocene (6,000 years and 4,000 years before present),the last glacial maximum (21,000 years before present) and a theoretical climate with atmospheric carbondioxyde multiplied by four, computed with several numerical models. We show that ENSO characteristics aresignificantly different in the different climatic contexts. The links between these differences and the climatemean-state are numerous and non linear. Studying paleoclimates is then necessary to understand ENSOchanges and to be able to project its future evolution. Some of the past archives that are used to reconstructthe paleo-ENSO are located in the southwest Pacific, under the influence of the south Pacific convergencezone (SPCZ). We show that the impact of ENSO on the location of the SPCZ changes with the climate.This determines how to interpret archives’ records. Thus, the mechanisms linking ENSO to the SPCZ in themodern climate cannot be directly extrapolated to other climates. By combining information from models andarchives, we are able to improve our understanding on the variability changes in the southwest Pacific. Finally,we address the ENSO change with a new vision, through its role within the global energetic budget. Accordingto the IPSL-CM5A-LR model, the relative contribution of El Niño events to the global energy redistribution isreduced in the mid-Holocene, compared to the modern climate. The mean capacity of the tropical Pacific toexport its energy is reduced. Therefore, the global heat pump represented by the tropical Pacific is less powerfulin the mid-Holocene, both by its reduced capacity to export energy and by the reduced El Niño contribution.This result suggests that there is consistency between the ENSO change and the role of heat pump played bythe tropical Pacific

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Savean, Marie. "Modélisation hydrologique distribuée et perception de la variabilité hydro-climatique par la population du bassin versant de la Dudh Koshi (Népal)". Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20222/document.

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Resumen

Les ressources en eau de l'Himalaya, vitales pour 800 millions de personnes, proviennent majoritairement de la mousson et de la fonte de la cryosphère. L'impact du changement climatique sur ces ressources, particulièrement important dans cette région selon le GIEC (2007), est un questionnement majeur à l'échelle de la chaîne himalayenne. Dans ce contexte, la quantification des composantes pluviales, nivales et glaciaires du bilan hydrologique est primordiale. A cet effet, un modèle hydrologique conceptuel distribué (HDSM) a été développé pour estimer la répartition de ces composantes dans les écoulements de la rivière Dudh Koshi de 2001 à 2005. Son bassin versant (3 700 km²), dont le point culminant est le Mont Everest, est situé à l'est du Népal. Les surfaces enneigées, calées à partir de données satellitaires, ainsi que les débits, sont correctement simulés par le modèle. Toutefois, le facteur de fonte glaciaire est surestimé, entrainant une composante glaciaire d'environ 60% des débits annuels, contre 5% selon la littérature. Cette surestimation compense une sous-estimation significative des précipitations, notamment solides. Après une correction des précipitations, les composantes pluviale, nivale et glaciaire expliquent respectivement, 63%, 9% et 29% des débits annuels de la Dudh Koshi sur la période 20012005. Pour compléter cette modélisation, les perceptions de la population sur les variations hydro-climatiques, obtenues à partir d'enquêtes dans les villages, ont été comparées aux données quantitatives utilisées et simulées par le modèle HDSM de 1977 à 2007. Cette comparaison la sous-estimation des précipitations solides. Les résultats mettent aussi en évidence une diminution significative des précipitations (totales, liquides et solides) en décembre, et une augmentation significative, non perçue par la population, des températures annuelles mesurées sur les 30 dernières années. Les deux approches, par modélisation et par enquêtes, soulignent les incertitudes importantes des données hydro-climatiques du bassin versant de la Dudh Koshi. Ces incertitudes limitent la compréhension des processus hydro-nivoglaciaires et l'estimation des impacts du changement climatique sur la ressource en eau de ce bassin. Les perceptions, bien qu'elles soient également associées à des incertitudes, apportent des informations complémentaires cruciales pour améliorer ces connaissances et la critique des données quantitatives de ce milieu de haute montagne himalayenne
The Himalayan water resources, vital for 800 millions of people, come mainly from the monsoon and from the melting of the cryosphere. The impact of the climate change on these resources, especially significant in the area, is a major issue in the Himalayan range. In this context, the assessment of the rainfall, snowmelt and icemelt components of the water balance is crucial. Consequently, a distributed conceptual hydrological model (HDSM) was developed to estimate the contribution of each component to the Dudh Koshi River flows from 2001 to 2005. The Dudh Koshi River basin (3 700 km²), with the Mount Everest as highest peak, is located in Eastern Nepal. The snow cover areas, calibrated with satellite data, and as well as the runoff are correctly simulated by the model. Nevertheless, the ice degree-day factor is overestimated, leading to an icemelt contribution around 60% of annual discharge, against 5% in the literature. This overestimation offsets a significant underestimation of precipitation, especially solid precipitation. After a correction of the precipitation, the contributions of rainfall, snowmelt and icemelt represent respectively 63%, 9%, and 29% of the Dudh Koshi annual discharge from 2001 to 2005. To complete this modeling, perceptions of the population on the hydro-climatic variability, obtained by interviews in the villages, were compared to the quantitative data used and simulated by the model HDSM from 1977 to 2007. This comparison confirms the underestimation of precipitation, especially solid. These results also show a significant decrease of precipitation in December and a significant increase, not perceived by population, of the measured annual temperature on the last thirty years. Both approaches by modeling and interviews highlight large uncertainties on the hydro-climatic data of the Dudh Koshi River basin. These uncertainties limit the understanding of hydrological and cryospheric processes and the assessment of climate change impacts on the water resources of this basin. Although they are also uncertain, the perceptions bring crucial complementary information to improve this knowledge and the analysis of the quantitative data of this high mountain Himalayan area

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Borrell, Valérie. "Vers une modélisation hydrologique adaptée à la prévision opérationnelle des crues éclair : application à de petits bassins versants du sud de la France". Toulouse, INPT, 2004. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000215/.

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Étude sur la prévision des crues dévastatrices engendrées par des aléas extrêmes et se situant principalement dans des régions méditerranéennes françaises, souvent qualifiées de crues "éclair". Une analyse des différents processus hydrologiques principalement responsables de la genèse et de la propagation de telles crues montre qu'une modélisation distribuée à base physique à l'échelle temporelle de la crue (moins de 2 jours) et à l'échelle spatiale de petits bassins versants méditerranéens (moins de 1000 km2) apparaît comme pertinente. Parmi les modèles déjà existants, TOPMODEL et HECHMS ont été mis en oeuvre. Les résultats obtenus ne sont pas pleinement satisfaisants, soit car ces modèles nécessitent des chroniques pluie, soit car la variabilité spatiale et les caractéristiques des processus physiques influents ne sont pas suffisamment prises en compte par ces modèles. Afin de pallier ces inconvénients, un modèle (MARINE pour Modélisation pour l'Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes) a été conçu dans le cadre de cette thèse. Il s'agit d'un modèle pluie-débit qui intègre l'imagerie satellitale et les pluies issues du RADAR météorologique et qui ne nécessite pas de longues chroniques pluie-débit pour son calage.

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Costantini, Maya. "Etude de l'évolution de la ressource mondiale en eau dans un contexte de changement climatique". Electronic Thesis or Diss., Toulouse 3, 2023. http://www.theses.fr/2023TOU30356.

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Resumen

La ressource mondiale en eau représente la totalité l'eau douce continentale exploitable par l'être humain. Elle est stockée en très grande majorité dans les aquifères. Dans certaines régions, cette ressource et sa gestion sont mises à rude épreuve par le changement climatique et les prélèvements anthropiques (i.e. irrigation). Sa préservation fait partie des principales préoccupations mondiales. Dans ce contexte, il est important de pouvoir anticiper son évolution future afin de mettre en place des mesures permettant d'assurer une utilisation pérenne de la ressource en eau. Cette thèse s'inscrit dans cette thématique et s'appuie sur des modèles de climat globaux, qui permettent de réaliser des projections climatiques futures dans lesquelles les impacts du changement climatique sur la ressource en eau peuvent être simulés. Cependant, l'irrigation et les prélèvements qui lui sont associés sont souvent négligés dans ces modèles, bien qu'ils puissent impacter significativement cette ressource en eau. C'est pourquoi les travaux réalisés lors de cette thèse se sont attelés d'une part, à déterminer l'évolution de la ressource en eau mondiale face au changement climatique simulée par les modèles de climat et, d'autre part, à estimer l'impact de l'irrigation sur cette évolution. Pour répondre à ces questions, des projections futures d'évolutions de la ressource en eau (principalement souterraine) sont analysées. Ces projections ont été réalisées par des modèles climatiques en suivant les scénarios de concentrations de gaz à effet de serre qui sont analysés dans le sixième rapport du GIEC. Trois méthodes sont ensuite mises en place pour estimer l'impact de l'irrigation sur ces projections : (1) l'utilisation de la densité de population ; (2) l'utilisation de données de prélèvements en eau ; et (3) la représentation simple de l'irrigation dans le modèle de climat du CNRM. Les projections climatiques analysées indiquent une augmentation de la ressource en eau en moyenne globale à l'horizon 2100. Cependant, cette vision globale est trompeuse et la ressource en eau devrait s'appauvrir dans de nombreuses régions du monde. La prise en compte des estimations de prélèvements en eau liés à l'irrigation vient aussi chambouler cette vision globale dans les régions intensivement irriguées. Un résultat commun aux trois méthodes employées pour la prise en compte de l'irrigation est un inversement de l'évolution du niveau des nappes (d'une augmentation vers une diminution) dans certaines régions du monde, combiné à une aggravation de l'appauvrissement projeté des nappes dans d'autres régions. Ces résultats mettent en lumière l'importance de la prise en compte de l'irrigation dans les modèles de climat afin d'améliorer les projections d'évolution de la ressource en eau face au changement climatique
The global water resource is constituted of all the exploitable freshwater on Earth, mainly stored in aquifers. In certain regions, climate change and human withdrawals, challenge this resource and its management. Preserving this resource is a major global concern. Thus, it is crucial to anticipate its future evolution to enable its water resource management. My thesis work tackles this issues with the help of global climate models. They allow to simulate projections of future climate scenarios, taking into account the impacts of climate change on water resources. However, human withdrawals such as irrigation are generally not represented in these models, while they significantly affect water resources. Therefore, this thesis aims to assess the global water resource's response to climate change, as simulated by climate models, and to estimate the impact of irrigation on this response. To address these questions, I analyze future projections of water resource changes, and more particularly groundwater resources. These projections were produced by climate models following greenhouse gas concentration scenarios from the sixth IPCC report. Three different methods are used to estimate the effects of irrigation: (1) relying on population density, (2) using water withdrawal data, and (3) implementing a simple representation of irrigation in the CNRM climate model. The results of the climate projections show an overall increase of water resources by 2100. However, this global perspective is misleading, as water resources are projected to decline in many regions of the world. Considering estimates of irrigation water withdrawals affects these results, particularly in heavily irrigated regions. A common conclusion obtained with the three methods I used to account for irrigation is a reversal of groundwater level changes (from an increase to a decrease) in some parts of the world and a worsening of the projected depletion of aquifers in other regions. These findings underscore the importance of including a representation of irrigation in climate models when considering the evolution of the global water resources with climate change

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Saint-Lu, Marion. "Étude des liens entre les événements El Niño et le cycle hydrologique des régions tropicales dans différents contextes climatiques". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLV028.

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La variabilité interannuelle du Pacifique tropical est aujourd’hui principalement modulée par l’oscillation ElNiño/Oscillation Australe (ENSO). Étant donnés les forts impacts économiques et sanitaires de ce phénomène,la compréhension de son évolution au fil du temps représente un enjeu majeur. Étudier la variabilité ENSOdans différents contextes climatiques permet de comprendre comment celle-ci est reliée à l’état moyen duclimat. Nous utilisons des simulations climatiques de l’Holocène moyen (6 000 ans et 4 000 ans avant nosjours), du dernier maximum glaciaire (21 000 ans avant nos jours) et d’un climat théorique avec le dioxyde decarbone atmosphérique multiplié par quatre, réalisées avec plusieurs modèles numériques. Nous montrons que lavariabilité ENSO a des caractéristiques significativement différentes dans chaque contexte climatique. Les liensentre ces différences et l’état moyen du climat sont nombreux et non linéaires. L’étude des paléoclimats est alorsnécessaire pour comprendre les changements d’ENSO et pouvoir projeter son évolution future. De nombreusesarchives climatiques utilisées pour reconstruire le paléo-ENSO sont situées dans le sud-ouest du Pacifiquetropical, sous l’influence de la zone de convergence du Pacifique sud (SPCZ). Nous montrons que l’impactd’ENSO sur la position de la SPCZ change avec le climat. Or, celui-ci est déterminant pour l’interprétation dusignal issu des archives. Ainsi, les mécanismes reliant ENSO à la SPCZ dans le climat moderne ne peuvent pasêtre directement extrapolés à d’autres contextes climatiques. En combinant l’information des modèles et desarchives, nous pouvons avancer sur la compréhension des changements de variabilité dans le Pacifique sudouestet sur l’interprétation des enregistrements fossiles. En dernier lieu, nous abordons les changements de lavariabilité ENSO avec un nouvel angle de vue, celui de son rôle au sein du bilan énergétique global. D’aprèsles résultats du modèle IPSL-CM5A-LR, la contribution relative des événements El Niño à la redistributionglobale d’énergie est amoindrie à l’Holocène moyen, par rapport au climat moderne. Par ailleurs, la capacitédu Pacifique tropical à exporter l’énergie en moyenne est aussi réduite. Ainsi, la pompe à chaleur globaleconstituée par le Pacifique tropical est moins puissante à l’Holocène moyen, à la fois par la réduction de sacapacité moyenne à exporter que par la contribution amoindrie d’El Niño. Ce résultat suggère qu’il y a unecohérence entre le changement d’ENSO et le rôle de pompe à chaleur joué par le Pacifique tropical
Interannual variability in the tropical Pacific is mainly modulated by the El Niño / Southern Oscillation (ENSO).Understanding the time evolution of this phenomenon is a major issue, given its strong impacts on health andeconomics. Studying the ENSO variability in different climatic contexts allows us to understand its links to themean-state. We use climatic simulations of the mid-Holocene (6,000 years and 4,000 years before present),the last glacial maximum (21,000 years before present) and a theoretical climate with atmospheric carbondioxyde multiplied by four, computed with several numerical models. We show that ENSO characteristics aresignificantly different in the different climatic contexts. The links between these differences and the climatemean-state are numerous and non linear. Studying paleoclimates is then necessary to understand ENSOchanges and to be able to project its future evolution. Some of the past archives that are used to reconstructthe paleo-ENSO are located in the southwest Pacific, under the influence of the south Pacific convergencezone (SPCZ). We show that the impact of ENSO on the location of the SPCZ changes with the climate.This determines how to interpret archives’ records. Thus, the mechanisms linking ENSO to the SPCZ in themodern climate cannot be directly extrapolated to other climates. By combining information from models andarchives, we are able to improve our understanding on the variability changes in the southwest Pacific. Finally,we address the ENSO change with a new vision, through its role within the global energetic budget. Accordingto the IPSL-CM5A-LR model, the relative contribution of El Niño events to the global energy redistribution isreduced in the mid-Holocene, compared to the modern climate. The mean capacity of the tropical Pacific toexport its energy is reduced. Therefore, the global heat pump represented by the tropical Pacific is less powerfulin the mid-Holocene, both by its reduced capacity to export energy and by the reduced El Niño contribution.This result suggests that there is consistency between the ENSO change and the role of heat pump played bythe tropical Pacific

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L'Hermite, Pierre. "Modélisation des écoulements dans des sites de stockage de résidus miniers". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS696.

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L’exploitation minière dans le monde présente des enjeux financiers et sociétaux importants notamment avec la demande croissante en métaux aujourd’hui et dans les années à venir. L’exploitation des métaux génère des quantités importantes de déchets miniers, comme les stériles et les résidus issus des traitements et peut avoir de nombreuses conséquences sur l’environnement : drainage acide minier, rejets d’effluents concentrés en métaux et dans le cas spécifique des mines d’uranium, la migration/émanation des descendants radioactifs de l’uranium. Une gestion responsable de ces sites est donc un enjeu important pour limiter leur impact environnemental et sanitaire et repose nécessairement sur une bonne connaissance de leur fonctionnement. L’objectif de la thèse est de caractériser le fonctionnement hydrogéologique des sites de stockages de résidus de traitement de minerais d’uranium, aujourd’hui et sur plusieurs dizaines d’années à venir, pour contribuer à cette gestion responsable. Ce travail s’intéresse à trois anciennes mines d’uranium localisées en France dans lesquelles sont stockés des résidus issus du traitement minier. Ces sites ont été sélectionnés pour représenter les principaux types de stockage et les différentes modalités d’écoulement au sein des résidus. Ces sites sont actuellement gérés par l’Après-mines France d’ORANO et font l’objet d’une surveillance environnementale (air, eau, sol, chaîne alimentaire) démontrant l’absence d’impact radiologique et sanitaire. La méthodologie appliquée dans cette thèse se décompose en trois parties. La première concerne la collecte de données historiques issues du suivi environnemental ainsi que l’acquisition et l’analyse de nouvelles données sur les sites. La deuxième partie porte sur la modélisation hydrogéologique qui est un outil permettant de quantifier et de prédire les écoulements souterrains dans ces sites de stockage de résidus. L’approche de modélisation a été adaptée au type de stockage et d’écoulement existant sur les sites. La dernière partie concerne l’étude du changement climatique à travers l’évolution des termes du bilan hydrologique, la variabilité saisonnière et l’analyse de l’intensité et de la fréquence des évènements extrêmes jusqu’en 2100. Ces travaux aident à comprendre le fonctionnement hydrogéologique actuel des trois sites de stockages de résidus miniers. L’étude du changement climatique montre que la gestion actuelle des sites devrait rester valable dans le futur
In the world, mining presents major financial and social challenges, particularly with the growing demand for metals today and in the future. Mining produces large quantities of waste such as waste rock and mine tailings and can lead to many environmental issues such as: acid mine drainage, release of effluent with high metal concentration and in the specific case of uranium mine, the migration/emanation of uranium’s radioactive descendants. Responsible management of these sites is fundamental to avoid environmental and health impacts and relies on a good knowledge of their functioning. The aim of this thesis is to characterize the hydrogeological functioning of the tailings storage sites, today and over several decades to come, to ensure responsible management. This thesis focuses on three former uranium mines in France where tailings are stored. These sites have been chosen to represent the main storage types and the different water flow types in the tailings. These site are managed by ORANO AMF department (After-Mines France) and are under environmental monitoring (air, water, soil, food chain) that demonstrates the absence of any radiological or health impact. The methodology applied in this thesis is divided into three parts. The first part concerns the historical data collection coming from environmental monitoring, the implementation of a new monitoring on the sites and the data analysis. The second part is about the hydrogeological modeling used to quantify and predict the groundwater or surface flows in the tailings storage sites. The modeling approach has been adapted to the type of storage and flow on sites. The last part concerns the study of the climate change up to 2100 through the evolution of water balance variables, the seasonal variation and the frequency and intensity analyses of extreme events. In this thesis we proposed a methodology to understand the current hydrogeological functioning of 3 tailings storage sites. The climate change study shows that the current site management should remain sustainable in the future

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Hajhouji, Youssef. "Modélisation hydrologique du bassin versant de l'oued Rheraya et sa contribution à la recharge de la nappe du Haouz (bassin du Tensift, Maroc)". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30257/document.

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La recharge de l'eau souterraine est un paramètre encore peu connu du bilan hydrologique. La connaissance des processus et l'estimation précise de la recharge de l'eau souterraine est une condition préalable à une gestion efficace et durable des eaux souterraines dans les régions arides et semi-arides. En plus la recharge de l'eau souterraine est considérée comme le paramètre le plus direct avec lequel le changement climatique peut affecter les ressources renouvelables des aquifères. Les présents travaux de thèse s'intéressent à la recharge de l'aquifère alluvial de la plaine du Haouz par les crues de l'oued Rheraya (rivière intermittente), qui descend des montagnes du Haut-Atlas et traverse la plaine du Haouz du sud vers le nord. Ces travaux ont deux objectifs principaux (i) d'abord simuler le régime hydrologique de l'oued Rheraya dont les crues sont à l'origine de la recharge de l'eau souterraine, et ensuite (ii) aborder la quantification de la recharge de l'eau souterraine du Haouz par ces crues dans la zone du piémont atlasique. La modélisation des débits de l'oued Rheraya dans le Haut-Atlas marocain (225 km², altitudes comprises entre 1030 m et 4165 m) est réalisée en prenant en compte la composante nivale. Pour cela, le modèle conceptuel global GR4J est appliqué sur la période 1989-2009 en y adjoignant le module CemaNeige qui simule la dynamique de la composante neigeuse de manière semi- distribuée. La fraction enneigée simulée se révèle corrélée avec celle extraite du produit neige MODIS durant la période 2000-2009 (R2 = 0,64). De plus, l'équivalent en eau de la neige simulé est cohérent avec celui mesuré par la station automatique au sommet de l'Oukaimeden durant la période 2004-2006 (R2 = 0,81). Enfin, nous obtenons une simulation des débits qui reproduit bien la très forte variabilité saisonnière et interannuelle. En conclusion, le régime hydrologique de l'oued Rheraya est pluvio-nival avec une distribution unimodale des débits dont le maximum en avril coïncide avec la fonte des neiges. L'étude de la recharge de l'eau souterraine est effectuée à travers l'analyse du suivi des fluctuations de l'eau souterraine sous le lit de l'oued Rheraya sur deux cycles hydrologiques 2014-2015 et 2015-2016.[...]
Groundwater recharge is a little known parameter in the water balance. Knowledge of processes and accurate estimation of groundwater recharge is a prerequisite for effective and sustainable management of groundwater resources. In addition, groundwater recharge is considered the most direct parameter by which climate change affects the renewable groundwater resources. The present PhD thesis focuses on the recharge of the alluvial aquifer of the Haouz plain by the floods of the Rheraya wadi (intermittent river), which descends from the High-Atlas Mountains and crosses the southern plain towards the North. This work has two main objectives: (i) simulating the hydrological regime of the Rheraya River whose floods are at the origin of the groundwater recharge, and (ii) Quantifying the groundwater recharge by the floods of the Rheraya in the zone of the High-Atlas piedmont. The runoff modeling of the Rheraya wadi in the High-Atlas (225 km², elevations ranging between 1030 and 4165 m.a.s.l.) takes into account the snow component. For this purpose, the GR4J conceptual and global model was applied over the period 1989- 2009, coupled with the CemaNeige module for semi-distributed snow dynamics. The daily snow coverage simulated by CemaNeige is in good agreement with that extracted from the MODIS snow product in the period 2000-2009 (R² = 0,64). In addition, the simulated daily snow water equivalent is consistent with that measured at the weather station of Oukaimeden (2004-2006, R² = 0,81). Finally, the runoff simulation reproduces quite well the strong seasonal and inter-annual variability. In conclusion, the hydrological regime of the Rheraya wadi is pluvio-nival with an unimodal distribution whose maximum in April is linked with snowmelt. The study of groundwater recharge is carried out through the analysis of the monitoring of groundwater fluctuations in the streambed of the Rheraya wadi, over two hydrological cycles 2014-2015 and 2015-2016.[...]

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Grelier, Benjamin. "Aléa climatique et régime hydrologique dans le bassin transnational de la Meuse : co-variabilité, changements possibles et impact sur les débordements". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0243/document.

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Le changement climatique requiert une adaptation de la gestion des extrêmes hydrologiques (crues et étiages). Nos recherches proposent un cadre d’analyse de l’effet du changement climatique sur ces extrêmes dans le bassin transnational de la Meuse, par un chaînage de modèles (atmosphérique – hydrologique - hydraulique) liant le gradient régional de pression à l’écoulement mesuré à l’exutoire d’un bassin. Le forçage climatique est obtenu par l’agrégation de données climatiques historiques et de données multi-modèles issues de l’expérience CMIP5. En forçant deux sous-bassins de la Meuse (situés en France et en Belgique) à l’aide d’une première estimation de la variabilité climatique potentielle, nous montrons que les indicateurs de crues et d’étiages ainsi que les débordements de rivière peuvent être fortement impactés par le changement climatique anthropique. Cette analyse de vulnérabilité constitue un outil pour tester la robustesse de stratégies d’adaptation au changement climatique
Climate change requires to adapt management of streamflow extremes (floods and low flows). Our researches provide a framework to analyze climate change effect on the streamflow extremes in the transnational Meuse river basin, through a modelling chain (atmospheric model – hydrological model – hydraulic model) linking the pressure gradient force to the flow at the outlet of a basin. The climate forcing is obtained by blending historical data and multi-model data for the CMIP5 experience. By forcing two sub-basins of the Meuse river (located in France and Belgium) with the potential climate variability, we show that flood and low flows indices as well as river overflowing might be strongly impacted by the anthropogenic climate change. This analysis of catchment vulnerability is a robust tool to test climate resiliency of adaptation strategies for water management

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Vo, Ngoc Duong. "Modélisation hydrologique déterministe pour l'évaluation des risques d'inondation et le changement du climat en grand bassin versant. Application au bassin versant de Vu Gia Thu Bon, Viet Nam". Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4056/document.

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Resumen

Le changement climatique dû à l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre est considéré comme l'un des principaux défis pour les êtres humains dans 21ème siècle. Il conduira à des changements dans les précipitations, l'humidité atmosphérique, augmentation de l'évaporation et probablement augmenter la fréquence des événements extrêmes. Les conséquences de ces phénomènes auront une influence sur de nombreux aspects de la société humaine. Donc, il y a une nécessité d'avoir une estimation robuste et précise de la variation des facteurs naturels dus au changement climatique, au moins dans les événements de cycle et d'inondation hydrologiques pour fournir une base solide pour atténuer les impacts du changement climatique et s'adapter à ces défis. Le but de cette étude est de présenter une méthodologie pour évaluer les impacts de différents scénarios de changement climatique sur une zone inondable du bassin de la rivière côtière dans la région centrale du Viet Nam - bassin versant de Vu Gia Thu Bon. Les simulations hydrologiques sont basées sur un modèle hydrologique déterministe validé qui intègre la géologie, les sols, la topographie, les systèmes fluviaux et les variables climatiques. Le climat de la journée présente, sur la période de 1991-2010 a été raisonnablement simulée par le modèle hydrologique. Climat futur (2091-2100) information a été obtenue à partir d'une réduction d'échelle dynamique des modèles climatiques mondiaux. L'étude analyse également les changements dans la dynamique des inondations de la région de l'étude, le changement hydrologique et les incertitudes du changement climatique simulation
Climate change due to the increase of greenhouse gas emissions is considered to be one of the major challenges to mankind in the 21st century. It will lead to changes in precipitation, atmospheric moisture, increase in evaporation and probably a higher frequency of extreme events. The consequences of these phenomena will have an influence on many aspects of human society. Particularly at river deltas, coastal regions and developing countries, the impacts of climate change to socio-economic development become more serious. So there is a need for a robust and accurate estimation of the variation of natural factors due to climate change, at least in the hydrological cycle and flooding events to provide a strong basis for mitigating the impacts of climate change and to adapt to these challenges. The aim of this study is to present a methodology to assess the impacts of different climate change scenarios on a flood prone area of a coastal river basin in the central region of Viet Nam – Vu Gia Thu Bon catchment. The hydrological simulations are based on a validated deterministic hydrological model which integrates geology, soil, topography, river systems and climate variables. The present day climate, over the period of 1991-2010 was reasonably simulated by the hydrological model. Future climate (2091-2100) information was obtained from a dynamical downscaling of the global climate models. The study also analyzes the changes in the flood dynamics of the study region, the hydrological shift and the uncertainties of climate change simulation

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Basantes-Serrano, Rubén. "Contribution à l’étude de l’évolution des glaciers et du changement climatique dans les Andes équatoriennes depuis les années 1950". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAU009/document.

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Resumen

Le climat des régions tropicales joue un rôle important dans l'équilibre du système climatique mondial. De ce fait, il apparaît essentiel d'en comprendre le fonctionnement et la variabilité pour appréhender au mieux les effets du changement climatique. Dans les régions tropicales où les projections climatiques montrent un réchauffement important à haute altitude, les glaciers sont les premières victimes de l'augmentation des températures. Mais ils apparaissent également comme des indicateurs précis des variations du climat. Jusqu'à présent, les observations glaciologiques réalisées dans les tropiques internes sur le glacier Antisana 15 ont été utilisées dans de multiples études qui nous ont permis de comprendre les processus physiques qui régissent la fonte des glaciers dans cette région. Cependant ces études n'ont pas pris en compte la représentativité spatiale et temporelle de ces processus à l'échelle de toute la calotte glaciaire. A partir d'observations géodésiques, la présente étude montre l'évaluation spatiale et temporelle de neufs glaciers sur quatre périodes échelonnées durant les cinquante dernières années (1956-2014). Situés sur le cône volcanique de l'Antisana, ces glaciers ont été choisis pour leur orientation et leurs caractéristiques morphologiques. Dans un premier temps, nous avons évalué les observations glaciologiques existantes sur le glacier Antisana15α entre 1995 et 2012. Nos résultats suggèrent la surestimation d'au moins 5 m éq. eau dans le bilan de masse cumulé de ce glacier. Cet excès dans les taux d'ablation est causé par une sous-estimation dans la mesure d'accumulation annuelle, liée à la difficulté à déterminer la couche qui sépare deux années hydrologiques. Dans une deuxième étape, nous analysons les fluctuations géométriques des glaciers : de manière générale il existe une tendance négative avec un taux de perte de -0.5 m éq. eau par an, occasionnant un recul de 38% de la superficie de la calotte glaciaire. Cependant, cette tendance n'est pas régulière. Nous avons mis en évidence un comportement contrasté d'une période à l'autre : certaines caractéristiques attirent l'attention, comme le fait que le bilan de masse soit très déficitaire entre 1956 et 1964 (-1,3 m éq. eau par an) alors que dans une période plus récente (1998 et 2009) les glaciers se trouvent presque en équilibre (-0.2 m éq. eau par an). Durant la période globale, ces glaciers montrent une réponse commune à un signal climatique régional, tandis qu'à l'échelle locale l'exposition aux flux humides combinés aux caractéristiques morpho-topographiques confère un comportement spécifique à chaque glacier. Ce travail est le premier dans les tropiques internes qui détaille la réponse des glaciers face à la variabilité du climat sur plusieurs décennies et qui prend en considération l'influence des facteurs morphologiques sur ce comportement. Cette thèse s'inscrit dans les objectifs scientifiques de l'équipe Great Ice de l'IRD (LMI Great Ice), et participe aux avancées du service de surveillance glaciologique SOERE GLACIOCLIM
Climate of the tropical regions plays an important role in the balance of the global climate system. Consequently, it appears essential to understand its functioning and variability to apprehend at best the effects of climate change. In tropical regions where climate projections show an important warming at high elevations, glaciers are the first victims of the increase in temperature. But they also appear as accurate indicators of climatic variations. Until now, glaciological observations carried out in the inner tropics on Glacier Antisana 15 have been used in multiple studies that helped understand physical processes controlling glacial melt in this region. However, the latter studies have not taken into account the spatial and temporal representativeness of these processes at the scale of the whole ice cap. Based on geodetic observations, the present study shows the spatial and temporal evaluation of nine glaciers during four periods spread over the last fifty years (1956-2014). Situated in the volcanic cone of Antisana, these glaciers were chosen according to their orientation and morphological characteristics. In a first phase, we evaluated existing glaciological observations made on Glacier Antisana 15α between 1995 and 2012. Our results suggest an overestimation of at least 5 m w.e. of the cumulated mass balance of this glacier. This excess in the ablation rate was caused by an underestimation of the annual accumulation measurement, linked to the difficulty of identifying the layer separating two hydrological years. In a second phase, we analysed the geometrical fluctuations of glaciers: generally there is a negative trend with a loss rate of -0.5 w.e. per year, leading to a retreat of 38% of the ice cap surface area. However, this trend is not constant. We highlighted a contrasting behaviour from one period to the other: some characteristics draw attention, such as the fact that the mass balance was very negative between 1956 and 1964 (-1.3 m w.e. per year) when in a more recent period (1998 to 2009) glaciers were nearly at equilibrium (-0.2 m w.e. per year). During this long period, these glaciers showed a common response to a regional climate signal, while at the local scale their exposure to humid fluxes combined to their morpho-topographic characteristics gave a specific behaviour to each glacier. This work is the first focussing on intern tropics that details glacier response to climate variability over several decades and that considers the influence of morphological factors on this behaviour. This PhD thesis is in line with the scientific objectives of the Great Ice team from IRD (LMI Great Ice), as well as the progress of the glaciological monitoring service SOERE GLACIOCLIM
El clima de la región tropical juega un rol importante en el balance del sistema climático global, comprender su funcionamiento y su variabilidad es una de las piezas esenciales para entender los efectos del cambio climático. En la región tropical donde las proyecciones climáticas muestran un importante calentamiento a mayor altitud, los glaciares son las primeras víctimas del aumento de las temperaturas y constituyen también los indicadores más precisos de las variaciones del clima. Hasta ahora, en los trópicos internos, las observaciones glaciológicas realizadas sobre el Glaciar Antisana 15α, han sido utilizadas en múltiples estudios que nos han permitido comprender los procesos físicos que gobiernan el deshielo glaciar en esta región. Sin embargo estos estudios no han considerado la representatividad espacial y temporal de estos procesos a escala de todo el casquete glaciar. El presente estudio muestra, a partir de observaciones geodésicas, la evolución espacial y temporal de nueve glaciares en cuatro periodos comprendidos durante en el último medio siglo (1956-2014). Estos glaciares, ubicados en el cono volcánico del Antisana, fueron escogidos en función a su orientación y sus características morfológicas. En una primera etapa hemos evaluado las observaciones glaciológicas existentes sobre el glaciar Antisana 15α entre 1995 y 2012, nuestros resultados sugieren la subestimación de al menos 5 m de agua en el balance de masa acumulado de este glaciar. Este exceso en las tasas de ablación es causado por una subestimación en la medida de la acumulación anual debido a la dificultad que conlleva la determinación de la capa que limita dos años hidrológicos. En una segunda etapa analizamos las fluctuaciones geométricas de los glaciares entre 1956 y 2014, de manera general existe una tendencia negativa con una tasa de pérdida de -0.5 m de agua al año lo que ha ocasionado un retroceso del 38% de la superficie del casquete glaciar. Sin embargo esta tendencia no es continua. Hemos puesto en evidencia un comportamiento contrastado de un periodo al otro, algunas características que llaman la atención son: el balance muy deficitario entre 1956 et 1964 (-1,3 m de agua / año) y en el periodo más reciente (1998 y 2009) en el cual los glaciares se encuentran casi al equilibrio (-0.2 m de agua / año). En el largo plazo, estos glaciares muestran una respuesta común a los una señal climática regional, mientras que a escala local la exposición a los flujos húmedos en combinación a las características morfo-topográficas otorgan un comportamiento específico a cada glaciar. Este trabajo es el primero en los trópicos internos que detalla la respuesta de los glaciares frente a la variabilidad del clima sobre una perspectiva multi-decenal y que considera la influencia que los factores morfológicos tienen sobre este comportamiento. Esta tesis se enmarca en los objetivos científicos del equipo Great Ice del IRD(LMI Great Ice), así como en los alcances del servicio de monitoreo glaciológico SOERE GLACIOCLIM

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Erazo, Bolivar. "Representing past and future hydro-climatic variability over multi-decadal periods in poorly-gauged regions : the case of Ecuador". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30119.

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Resumen

Cette thèse évalue des méthodes pour représenter la variabilité spatio-temporelle hydro-climatique passée et future dans les régions peu jaugées. Elle propose une procédure complète et reproductible appliquée à l'Équateur et s'appuyant sur des données hydro-climatiques observées et simulées en vue de représenter la variabilité passée et de projeter l'impact potentiel des changements climatiques sur les écoulements à la fin du 21ème siècle. Un état de l'art a permis d'identifier plusieurs techniques qui ont été intégrées dans une chaîne méthodologique pour obtenir des séries spatio-temporelles continues de température, de précipitation et de débit sur les périodes multi-décennales passées et futures. Trois chapitres centraux sont consacrés à cet objectif selon les thèmes suivants : (1) régionalisation de la température et des précipitations à partir de mesures in situ en comparant des techniques déterministes et géostatistiques avec une prise en compte de corrections orographiques; (2) reconstruction du débit dans différents bassins versants à l'aide de modèles hydrologiques conceptuels utilisés selon une approche multimodèle et multiparamétrique; et (3) projections hydro-climatiques basées sur des simulations de modèles climatiques sous contrainte d'un scénario marqué d'émission de gaz à effet de serre. La régionalisation du climat a révélé l'importance de caler les paramètres de spatialisation et d'évaluer les champs interpolés par rapport à des stations ponctuelles indépendantes et via des analyses de sensibilité hydrologique. La reconstruction des débits a été possible grâce aux simulations combinées de trois modèles hydrologiques évalués dans des conditions climatiques contrastées, et forcés par les variables climatiques régionalisées. Des simulations de changements hydro-climatiques à moyen terme (2040-2070) et à long terme (2070-2100) ont ensuite été analysées avec des intervalles de confiance de 95 %, en utilisant des scénarios de neuf modèles climatiques et en transférant les paramètres hydrologiques calibrés pour la reconstruction des débits. L'analyse de la variabilité hydro-climatique montre une légère augmentation des températures sur la période 1985-2015, tandis que la variabilité des précipitations est liée aux principaux modes des phases El Niño et La Niña à l'échelle inter-annuelle et au déplacement de la zone de convergence inter-tropicale (ZCIT) à l'échelle saisonnière. Une augmentation générale de la température (+4,4 °C) et des précipitations (+17 %) est attendue d'ici à la fin du 21ème siècle, ce qui pourrait entraîner une augmentation de +5 % à +71 % du débit annuel moyen selon les bassins versants. Ces résultats sont discutés en termes d'importance pour la gestion de l'eau, avant de suggérer de futures recherches hydrologiques telles que la régionalisation du débit des cours d'eau, une meilleure quantification des incertitudes et une évaluation de la capacité à satisfaire les futurs besoins en eau
This thesis investigates methods to represent the past and future hydro-climatic variability in space and over time in poorly-gauged regions. It proposes a complete and reproducible procedure applied to the continental Ecuador to deal with observed and simulated hydro-climatic data in order to represent past variability and project the potential impact of climate change on water resources by the end of the 21st century. Up-to-date techniques were identified in a literature review and were integrated in a chain protocol to obtain continuous space-time series of air temperature, precipitation and streamflow over past and future multi-decadal periods. Three central chapters are dedicated to this objective according to the following topics: (1) regionalization of air temperature and precipitation from in situ measurements by comparing deterministic and geostatistical techniques including orographic corrections; (2) streamflow reconstruction in various catchments using conceptual hydrological models in a multi-model, multi-parameter approach; and (3) hydro-climate projections using climate model simulations under a high range emission scenario. Climate regionalization revealed the importance of calibrating parameters and of assessing interpolated fields against independent gauges and via hydrological sensitivity analyses. Streamflow reconstruction was possible with the regionalized climate inputs and the combined simulations of three hydrological models evaluated in contrasting climate conditions. Future medium term (2040-2070) and long term (2070-2100) hydro-climatic changes were analysed with confidence intervals of 95% using scenarios from nine climate models and transferring the model parameters calibrated for streamflow reconstruction. Analysis of hydro-climatic variability over the period 1985-2015 showed a slight increase in temperature, while precipitation variability was linked to the main modes of El Niño and La Niña phases at inter-annual scale and to the displacement of the inter-tropical convergence zone (ITCZ) at seasonal scale. Under climate change, a general increase in temperature (+4.4 °C) and precipitation (+17%) is expected by the end of the 21st century, which could lead to between +5% and 71% increase in mean annual streamflow depending on the catchments. These results are discussed in terms of significance for water management before suggesting future hydrological research such as regionalizing streamflow, better quantifying uncertainties and assessing the capacity to meet future water requirements

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Kolmakova, Maria. "La variabilité hydrologique et climatique dans les bassins versants de la Sibérie Occidentale (selon les données des stations météorologiques, de ré-analyse météorologique et d'altimétrie satellitaire)". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00784775.

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Le caractère fortement marécageux du territoire de la Sibérie Occidentale et la rareté des stations d'observations hydrométéorologiques compliquent le suivi du régime hydrologique des bassins versants. Dans une telle situation, la prise en compte des données de ré-analyse météorologique et d'altimétrie satellitaires, assurant une couverture régulière de l'ensemble du territoire étudié, permet de compléter les observations in situ et d'élargir considérablement la portée des recherches, ce qui détermine la pertinence de ce travail. Le premier chapitre décrit les principaux facteurs physiques et géographiques qui ont déterminé le développement de la zone d'étude ; le deuxième chapitre est consacré aux méthodes d'étude; le troisième chapitre présente les résultats d'analyse de la variabilité des caractéristiques climatiques et hydrologiques dans les bassins fluviaux. L'originalité de cette thèse est d'appliquer une nouvelle approche de la quantité d'eau de la zone étudiée.

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Coron, Laurent. "Les modèles hydrologiques conceptuelssont-ils robustes face à un climat en évolution ? Diagnostic sur un échantillon de bassins versants français et australiens". Phd thesis, AgroParisTech, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00879090.

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Resumen

Les hydrologues sont questionnés au sujet de l'évolution à moyen et long terme de la ressource en eau. Pour répondre à ces questions, ils ont recours à des modèles hydrologiques. Une quantification des incertitudes associées à leurs projections leur est souvent demandée et pose la question de la robustesse de ces modèles conceptuels, notamment dans le contexte d'un climat en évolution. En effet, l'utilisation d'un modèle dans des conditions différentes de celles où il a été calé repose sur une hypothèse de transférabilité des paramètres, c'est-à-dire la possibilité d'utiliser les paramètres d'un modèle dans des conditions différentes de celles de saconstruction. Nous traitons cette problématique en tentant d'apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :* Quel est le niveau de robustesse des modèles hydrologiques conceptuels face à des conditions climatiques variables ?* Quelles sont les causes des situations de manque de robustesse et y a-t-il des façons de s'en prémunir ?Nous y répondons à travers l'étude des performances de modèles conceptuels lors de nombreux tests de transfert temporel de leurs paramètres. Les résultats montrent des corrélations entre les problèmes de robustesse et les écarts de conditions climatiques entre les périodes de calage et de validation des modèles. Des situations de biais systématiques corrélés à des changements de température de l'air ressortent en particulier de ces analyses. Une hétérogénéité existe cependant sur notre échantillon, les variables climatiques ou le type d'erreurs associées aux problèmes détectés pouvant varier d'un bassin à un autre.L'étude des biais de simulation sur les bassins où les modèles ne sont pas robustes montre des alternances de phases de sous-estimation et surestimation des débits, le biais sur le module décennal pouvant atteindre 20%. Nos travaux révèlent que des comportements très similaires sont obtenus pour diverses périodes et méthodes de calage. Pour les modèles conceptuels utilisés dans ces travaux, les problèmes de robustesse détectés ne résultent pas simplement de quelques "mauvais" calages conduisant à la sélection de paramètres inadaptés pour reproduire le comportement du bassin considéré. Ils semblent plutôt découler de difficultés générales de ces outils de modélisation à reproduire convenablement les bilans moyens de façon simultanée sur différentes périodes.Ces travaux ouvrent des pistes de réflexion sur la capacité insuffisante de certains modèles hydrologiques conceptuels à reproduire des dynamiques basse fréquence et sur le rôle des erreurs d'estimation des forçages, notamment les variations temporelles de l'évapotranspiration, dans les situations de modélisation incorrecte.

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Vennetier, Michel. "Un nouveau modèle bioclimatique pour la forêt méditerranéenne. Application à l'étude de l'impact du changement climatique sur la végétation et à l'évaluation de la productivité forestière". Aix-Marseille 3, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX30077.

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Cette thèse se présente sous forme de quatre articles liés par un fil conducteur : l'interaction entre bilan hydrique et changement climatique dans la dynamique de la végétation méditerranéenne. La première partie présente la conception et la calibration d'un nouveau modèle bioclimatique dédié à l'évaluation du bilan hydrique en forêt méditerranéenne. Dans la deuxième partie, ce modèle sert à évaluer l'impact du changement climatique sur la composition de la flore forestière. Le pin d'Alep a servi de référence pour faire le lien entre le modèle bioclimatique, le changement climatique et la productivité et la croissance en hauteur de la forêt, n fait l'objet dans la troisième partie d'une étude autécologique approfondie dans toute son aire française. La quatrième partie aborde l'interaction entre bilan hydrique et changement climatique dans la croissance radiale du pin d'Alep, à l'aide d'un dispositif expérimental en conditions réelles forestières
This thesis consists of four articles linked by a connecting thread: the interaction between water-balance and climate change in the dynamics of the Mediterranean vegetation. The first part presents the design and the calibration of a new bioclimatic model dedicated to the assessment of the water-balance in Mediterranean forest. In the second part, mis model is used to assess the impact of the climate change on the composition of the forest flora. The third part thoroughly studies Pinus halepensis Mill. Autecology in its whole French distribution area, as this species serves as reference to link the bioclimatic model, climate change and forest height growth and productivity. The fourth part deals with the interaction between water-balance and climate change in the radial growth of Pinus halepensis, by means of an experimental device in field conditions

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Pham, Trinh Hung. "Observation des influences du changement du couvert forestier sur le comportement hydrologique de grands bassins versants tropicaux à l'aide de la télédétection numérique cas du bassin versant de Dong Nai, Viet Nam". Thèse, Université de Sherbrooke, 2007. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/2782.

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Monitoring hydrological behavior of a large tropical watershed following a forest cover variation has an important role in water resource management planning as well as for forest sustainable management. Traditional methods in forest hydrology studies are Experimental watersheds, Upstream-downstream, Experimental plots, Statistical regional analysis and Watershed simulation. Those methodes have limitations for large watersheds concerning the monitoring time, the lack of input data especially about forest cover and the capacity of extrapolating results accurately in terms of large watersheds. Moreover, there is still currently a scientific debate in forest ecology on relation between water and forest. The reason of this problem comes from geographical differences in publication concerning study zones, experimental watershed size and applied methods. It gives differences in the conclusions on the influence of tropical forest cover change on the changes of outlet water and yet on the yearly runoff in terms of large watershed. In order to exceed the limitations of actual methods, to solve the difficulty of acquiring forest cover data and to have a better understanding of the relation between tropical forest cover change and hydrological behavior evolution of a large watershed, it is necessary to develop a new approach by using numeric remote sensing. We used the watershed of Dong Nai as a case study. Results show that a fusion between TM and ETM+ Landsat image series and hydro-meteorologic data allow us to observe and detect flooding trends and flooding peaks after an intensive forest cover change from 16% to 20%. Flooding frequency and flooding peaks have clearly decreased when there is an increase of the forest cover from 1983 to 1990. The influence of tropical forest cover on the hydrological behavior is varying with geographical locations of watershed. There is a significant relation between forest cover evolution and environmental facteurs as the runoff coefficient (R = 0,87) and the yearly precipitation (R = 0,93).

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Lamy, Chloé. "Impact du changement climatique sur la fréquence et l'intensité des sécheresses en Bretagne". Phd thesis, Université Rennes 2, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01059818.

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Par le passé la Bretagne a connu des épisodes de sécheresses très intenses. Peu communs pour des régions caractérisées par un climat océanique, ils ont eu des conséquences notables à l'échelle du territoire. De nombreuses activités socio-économiques sont ainsi apparues vulnérables face à ces évènements. Durant la sécheresse de 1976, l'agriculture fut particulièrement touchée, avec des pertes de récoltes importantes. La sécheresse est donc un risque important à l'échelle du territoire breton. Or, le changement du climat observé depuis plusieurs décennies amène des doutes quant à l'évolution des sécheresses en termes de fréquence et d'intensité. Cette thèse propose ainsi une analyse des caractéristiques des épisodes secs en Bretagne selon trois scénarios SRES du GIEC : B1, A1B et A2. Les sorties climatiques désagrégées utilisées ont été comparées, dans un premier temps, aux observations, afin de s'assurer de l'adaptabilité des jeux de données pour une analyse de ce type. Pour chacun des scénarios deux types de bilans hydriques ont été calculés. Ils permettent d'obtenir des valeurs de déficit d'évaporation, paramètre illustrant l'intensité des sécheresses, ainsi que des valeurs de réserve hydrique qui mettent en évidence les périodes d'assèchement et de recharge des sols. Les premiers bilans hydriques, de résolution de 8 km et au pas de temps mensuel, proposent une vision générale sur le comportement hydrique des sols bretons. Les seconds, de résolution kilométrique et au pas de temps journalier, apportent plus de précision quant aux secteurs vulnérables et à l'intensité probable des épisodes secs. On peut ainsi voir que des sécheresses exceptionnelles, similaires à celle de 1976, seraient régulièrement observées à la fin du 21ème siècle d'après le scénario A2. La comparaison avec un indice de sécheresse utilisé par Météo-France confirme les tendances régionales attendues au 21ème siècle d'après les trois scénarios SRES. Une approche agronomique est également proposée dans cette thèse afin d'apprécier les impacts de différentes types de culture sur la réserve hydrique des sols

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Jean-Baptiste, Julien. "Exposition d’une nappe d’accompagnement aux contaminants organiques et au changement climatique : Une approche par l’isotopie et la géochimie". Thesis, Nîmes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03178442.

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Resumen

La France puise près de 40 % de ses eaux souterraines au droit de nappes alluviales en relation directe avec des entités de surface. Les champs captant qui y sont implantés, exploitent une ressource dans un continuum eau de surface-eaux souterraines. L’impact des activités anthropiques au travers de contaminants transférés par les eaux de surface ou encore les effets du changement climatique constituent des risques prioritaires que les gestionnaires ont l’obligation de maitriser afin de garantir la continuité et la qualité de leurs services.Cette thèse développe une approche d’étude de ces risques en s’appuyant sur la compréhension du fonctionnement hydrogéologique d’une nappe d’accompagnement type : la nappe de Comps. Son champ captant exploite en continu la nappe alluviale du Rhône et possède une configuration simple et adaptée permettant la caractérisation de paramètres déterminants face à ces risques. Cette approche permet de vérifier la cohérence des résultats entre des outils indépendants et de confronter leurs divergences afin d’aboutir à une interprétation synthétique tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques. Les connaissances acquises au cours de ces travaux favorisent l’inter comparaison avec des études similaires et fournissent aux décisionnaires des outils opérationnels de gestion de la ressource.Ainsi, au droit de la nappe de Comps, l’utilisation de traceurs géochimiques, isotopiques et d’outils statistiques révèle que :- le Rhône, et non le Gardon, alimente principalement les eaux des forages implantés au plus près de la berge du fleuve,- Un mélange entre les eaux du Rhône et celles du massif calcaire karstifié bordant la nappe de Comps sur sa limite ouest, alimente les forages éloignés des berges,- Le temps de transfert des eaux de surface jusqu’aux forages implantés près de la berge se caractérise par une combinaison de temps de transfert variant de 1 à 120 jours, pour un temps de transfert moyen de 40 jours (±10). Cette configuration évolue significativement en période de crue avec des temps de transfert plus rapides qu’il est nécessaire de prendre en considération.L’exposition de la ressource aux contaminants organiques est par conséquent assujettie à cette double alimentation de la nappe, ainsi qu’à des temps de transfert s’étalant sur plusieurs mois pour les contaminants provenant des eaux de surface.Le suivi des différentes masses d’eaux met en évidence une exposition quasi continue de la nappe à 11 des 31 contaminants analysés via ses deux sources d’alimentation. Il s’agit de composés issus d’activités urbaines, industrielles, agricoles, hospitalières pour des concentrations de l’ordre du ng/L : la caféine, la carbamazépine, le sulfaméthoxazole, le sotalol, l’acide salicylique, la metformine, l’acétaminophène, l’atrazine, du DEA, la simazine et le PFOA.Lors de leurs transferts dans la nappe, le devenir de ces contaminants met en évidence l’existence de mécanismes de protection naturels : des processus réactifs de dégradation-sorption et des processus de dilution. L’efficacité de ces mécanismes est toutefois variable selon les caractéristiques des contaminants et les conditions hydrogéologiques. L’évaluation de ces processus permet de définir une coordination permanente de la configuration des forages du champ captant afin de répondre aux besoins de la collectivité par une optimisation des capacités d’exploitation de la ressource associée à un abattement maximal pour ces onze contaminants.Par ailleurs, la contribution des eaux alpines dans le Rhône a été évaluée à 70 ± 6 % en période estivale (mi-juillet à début septembre pour les années étudiées). Cet apport, potentiellement indispensable à la pérennité du fleuve est essentiel à l’alimentation du champ captant de Comps
France draws nearly 40% of its groundwater from alluvial aquifers in direct contact with surface entities. The catchment fields located there exploit a resource in a surface water-groundwater continuum. The impact of anthropogenic activities through contaminants transferred by surface water or the effects of climate change are priority risks that managers are obliged to control in order to guarantee the continuity and quality of their services.This thesis develops an approach to study these risks based on an understanding of the hydrogeological functioning of a typical accompanying groundwater table: the Comps table. Its catchment field continuously exploits the alluvial groundwater of the Rhône and has a simple and adapted configuration allowing the characterisation of determining parameters in the face of these risks. This approach makes it possible to check the consistency of the results between independent tools and to compare their divergences in order to arrive at a synthetic interpretation taking into account their specific characteristics. The knowledge acquired in the course of this work favours intercomparison with similar studies and provides decision-makers with operational tools for resource management.Thus, in the law of the Comps aquifer, the use of geochemical and isotopic tracers and statistical tools reveals that :- the Rhône, and not the Gardon, mainly supplies water from boreholes located as close as possible to the river bank,- A mixture between the waters of the Rhône and those of the karstified limestone massif bordering the Comps tablecloth on its western limit, feeds the boreholes far from the banks,- The transfer time from surface water to the boreholes located near the river bank is characterised by a combination of transfer times ranging from 1 to 120 days, with an average transfer time of 40 days (±10). This configuration evolves significantly during flood periods with faster transfer times that need to be taken into consideration.The exposure of the resource to organic contaminants is therefore subject to this double feeding of the water table, as well as to transfer times spread over several months for contaminants coming from surface water.The monitoring of the different water masses shows an almost continuous exposure of the water table to 11 of the 31 contaminants analysed via its two sources of supply. These are compounds from urban, industrial, agricultural and hospital activities at concentrations of the order of ng/L: caffeine, carbamazepine, sulfamethoxazole, sotalol, salicylic acid, metformin, acetaminophen, atrazine, DEA, simazine and PFOA.During their transfer into the water table, the fate of these contaminants highlights the existence of natural protection mechanisms: reactive degradation-sorption and dilution processes. However, the effectiveness of these mechanisms varies according to the characteristics of the contaminants and the hydrogeological conditions. The evaluation of these processes makes it possible to define a permanent coordination of the configuration of the boreholes in the catchment field in order to meet the needs of the community by optimising the exploitation capacities of the resource associated with a maximum reduction for these eleven contaminants.Furthermore, the contribution of Alpine waters in the Rhône was evaluated at 70 ± 6% in the summer period (mid-July to early September for the years studied). This contribution, which is potentially essential to the sustainability of the river, is essential for the supply of the Comps catchment area

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Etchevers, Pierre. "Modélisation du cycle continental de l'eau à l'échelle régionale. Impact de la modélisation de la neige sur l'hydrologie du Rhône". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00466802.

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Resumen

Afin d'étudier le cycle de l'eau à l'échelle régionale, le couplage d'ISBA (le schéma de surface de Météo-France) avec MODCOU (le modèle hydrologique de l'Ecole des Mines de Paris) a été mis au point sur le Rhône pour l'année 1987/88 par Habets (1998). En raison de la forte composante nivale alpine du bassin, CROCUS (le modèle de neige de Météo-France) a été rajouté dans le système complet. La simulation du bassin versant du Rhône a ensuite été étendue à 14 années (de 1981 à 1994). Les forçages atmosphériques ont été analysés à l'aide du système SAFRAN, spécialement conçu pour les zones de relief. Bien qu'aucun étalonnage sur les débits n'ait été réalisé, les résultats du système sont validés de manière satisfaisante par comparaison avec les débits quotidiens observés en 145 stations de jaugeage sur les grands cours d'eau du bassin versant du Rhône. L'enneigement simulé reproduit bien les hauteurs de neige observées quotidiennement pour 24 postes d'altitude. Le bilan hydrique du bassin apparaît très contrasté et met en lumière trois grands ensembles : les bassins nivo-pluviaux et humides du nord (Saône, Doubs, Ain), les bassins pluviaux et secs du sud (basse Durance, Ardèche) et les bassins alpins fortement enneigés (Isère, Drac, Haute-Durance). L'outil ainsi validé a ensuite été utilisé pour évaluer l'impact d'un changement climatique sur les grandes composantes hydriques du bassin versant. Une attention particulière a également été apportée à l'impact d'une augmentation de la résolution des calculs sur la qualité de la simulation du bassin nival de la Haute-Durance.

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Drogue, Gilles. "Etudes hydro-climatologiques régionales. Applications à l'évolution du climat et aux écoulements de rivière dans un espace transfrontalier". Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00920438.

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Resumen

Géographe hydro-climatologue, mes recherches en sciences de l'environnement traitent des interactions entre l'eau, le climat et la société. Les applications portent sur un espace sous-continental de l'Europe de l'Ouest soumis à un climat océanique à dégradation continentale et drainé par deux fleuves constituant des axes de circulation et d'échanges transnationaux majeurs : le Rhin et la Meuse. Ce document présente un aperçu de mes recherches au cours des dix dernières années. Trois thèmes ont charpenté mon activité de recherche pendant cette décennie : i) Le changement climatique contemporain d'échelle régionale ; ii) La caractérisation et la gestion des impacts hydrologiques en contexte climatique non stationnaire et en avenir incertain ; iii) La géographie physique du flux de précipitations et de l'écoulement de rivière dans une optique de régionalisation des composantes du cycle hydrologique. Le premier thème est certainement celui qui a le plus retenu mon attention en raison de la forte demande sociétale qu'il a suscité au cours de ma période d'activité. Avec le recul, je pense que ces trois thèmes de recherche sont liés par un concept transversal : celui du changement qui se manifeste à toutes les échelles d'espace et de temps. L'eau et le climat se situent dans un environnement progressivement transformé par l'Homme et participent eux-mêmes à ce changement affectant les sociétés humaines par leur dynamique intrinsèque et leur stochasticité. Il y a là une dualité qui suppose d'adopter une approche socio-environnementale et intégrative des hydrosystèmes pour comprendre leur dynamique et mieux maîtriser leur gestion, renforcer leur résilience et leur faculté d'adaptation au changement. Cette dualité suppose " d'installer " une chaîne d'analyse et de modélisation contrainte par le diagnostic des modèles (climatiques et hydrologiques) et l'interaction " terrain-modèle ". Seule une telle démarche expérimentale permet de poser des limites opérationnelles face aux enjeux sociétaux suscités par les changements affectant le fonctionnement des hydrosystèmes et leur réponse face aux perturbations climatiques. La première partie de ce mémoire a pour objectif de définir les objets de recherche. Ainsi, le changement climatique est-il défini comme une intégration dans le temps des transitions préférentielles de l'atmosphère vers un régime de temps particulier. Les fondements de son étude se décline autour des mots-clés suivants : détection, attribution, modélisation et prospective. La régionalisation pour sa part est définie comme une science géographique qui, partant de l'observation et d'un effort de théorisation, cherche à identifier des similitudes de comportement, des combinatoires de variables permettant de prévoir ou prédéterminer, à partir ou non de l'information géographique, une information hydrologique ou climatologique là où elle n'existe pas ou que partiellement. Pour ces deux objets de recherche, l'enjeu socio-environnemental est considérable : il s'agit fondamentalement d'améliorer la connaissance des opportunités et des contraintes qui émanent des évolutions de l'environnement dans lequel l'Homme s'insère. L'objectif est de contribuer à faire de lui un meilleur gestionnaire, un meilleur gardien de cet environnement dont il est un acteur majeur pour qu'il adopte, de plus en plus, un comportement de " sentinelle ", i.e. proactif et réactif face au changement. Mon effort de recherche s'est déployé à différents niveaux scalaires mais toujours aux échelles spatiales qui sont directement en prise avec les impacts sociétaux du changement climatique. Les espaces sont de dimension variable (de quelques km² à quelques dizaines de milliers de km²) et leurs contours ont surtout été dictés par l'ancrage géographique des projets de recherche et la disponibilité de jeux de données cohérents. En outre, mon effort de recherche s'est nourri de données collectées par des réseaux de mesure d'envergure régionale. Par conséquent, les échelles temporelles investiguées ne vont pas au-delà de l'échelle séculaire. Les pas de temps des chroniques que j'ai traitées s'étendent de l'horaire à l'annuel. La seconde partie problématise les objets de recherche tout en fixant les échelles spatiales et temporelles auxquels ils sont traités. Les questionnements posés par mes objets de recherche sont nombreux et variés : comment crédibiliser les observations climatiques ? Comment concevoir les futurs du climat ? Comment les appliquer au fonctionnement hydrologique actuel des bassins-versants ? Quelles en sont les sources d'incertitude ? Comment évaluer le modèle d'impact hydrologique et comment le choisir ? Comment prendre en compte la variabilité spatiale des précipitations et de l'écoulement pour construire un modèle régional ? Comment s'organise cette variabilité ? Peut-on la modéliser, la prévoir, et à quelles échelles d'espace et de temps ? Quels sont les descripteurs physiques qui rendent compte de cette variabilité ? Pour répondre à ces questionnements scientifiques, il m'a fallu recourir à un arsenal de méthodes quantitatives décrites dans la troisième partie du document. Ces méthodes relèvent pour l'essentiel de l'analyse de données, de la statistique multivariée, de la statistique décisionnelle et de l'analyse spatiale. Les innovations résident principalement dans le développement des méthodes simples et fiables de détection du changement régional ou encore de cartographie automatique d'une variable d'intérêt à échelle fine. La quatrième partie est consacrée aux résultats produits tout au long de mon itinéraire de recherche. La synthèse n'est pas exhaustive. Les résultats saillants se rapportent à la caractérisation du réchauffement climatique contemporain (amplitude et localisation) au sein de l'espace rhéno-mosan, à la modulation spatiale du signal de changement pluviométrique hivernal, à l'évolution future du climat et des débits dans les bassins de la Sûre et de la Meuse ou encore à la valorisation des mesures hydrométriques patrimoniales pour l'interpolation du débit des rivières. Enfin, le document s'achève avec la présentation de quelques perspectives de recherches qui se projettent sur mon horizon scientifique, à plus ou moins brève échéance. La question de l'analyse spatiale des flux hydrologiques et celle de la résilience climatique des hydrosystèmes s'inscrivent au cœur de ces perspectives.

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Coron, Laurent. "Les modèles hydrologiques conceptuelssont-ils robustes face à un climat en évolution ? Diagnostic sur un échantillon de bassins versants français et australiens". Electronic Thesis or Diss., Paris, AgroParisTech, 2013. http://www.theses.fr/2013AGPT0030.

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Les hydrologues sont questionnés au sujet de l’évolution à moyen et long terme de la ressource en eau. Pour répondre à ces questions, ils ont recours à des modèles hydrologiques. Une quantification des incertitudes associées à leurs projections leur est souvent demandée et pose la question de la robustesse de ces modèles conceptuels, notamment dans le contexte d’un climat en évolution. En effet, l’utilisation d’un modèle dans des conditions différentes de celles où il a été calé repose sur une hypothèse de transférabilité des paramètres, c’est-à-dire la possibilité d’utiliser les paramètres d’un modèle dans des conditions différentes de celles de saconstruction. Nous traitons cette problématique en tentant d’apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :• Quel est le niveau de robustesse des modèles hydrologiques conceptuels face à des conditions climatiques variables ?• Quelles sont les causes des situations de manque de robustesse et y a-t-il des façons de s’en prémunir ?Nous y répondons à travers l’étude des performances de modèles conceptuels lors de nombreux tests de transfert temporel de leurs paramètres. Les résultats montrent des corrélations entre les problèmes de robustesse et les écarts de conditions climatiques entre les périodes de calage et de validation des modèles. Des situations de biais systématiques corrélés à des changements de température de l’air ressortent en particulier de ces analyses. Une hétérogénéité existe cependant sur notre échantillon, les variables climatiques ou le type d’erreurs associées aux problèmes détectés pouvant varier d’un bassin à un autre.L’étude des biais de simulation sur les bassins où les modèles ne sont pas robustes montre des alternances de phases de sous-estimation et surestimation des débits, le biais sur le module décennal pouvant atteindre 20%. Nos travaux révèlent que des comportements très similaires sont obtenus pour diverses périodes et méthodes de calage. Pour les modèles conceptuels utilisés dans ces travaux, les problèmes de robustesse détectés ne résultent pas simplement de quelques "mauvais" calages conduisant à la sélection de paramètres inadaptés pour reproduire le comportement du bassin considéré. Ils semblent plutôt découler de difficultés générales de ces outils de modélisation à reproduire convenablement les bilans moyens de façon simultanée sur différentes périodes.Ces travaux ouvrent des pistes de réflexion sur la capacité insuffisante de certains modèles hydrologiques conceptuels à reproduire des dynamiques basse fréquence et sur le rôle des erreurs d’estimation des forçages, notamment les variations temporelles de l’évapotranspiration, dans les situations de modélisation incorrecte
Hydrologists are asked to estimate the medium- and long-term evolutions of water resources. To answer these questions, they commonly use conceptual models. In addition, they are often required to provide an estimate of the uncertainties associated with model projections. This raises the question of the robustness of conceptual models, especially in the context of climate evolution. Indeed, using a model in conditions different from those of calibration is based on the hypothesis of parameter transferability, i.e. the possibility to use model parameters in conditions different from those used for the model set-up. We focus on this issue with the aim of answering the following questions:• What is the robustness level of conceptual hydrological models in the context of changing climatic conditions?• What are the causes for the lack of robustness, and are there ways to prevent it?We answer these questions by studying the performance of conceptual models through multiple tests of temporal transfer of their parameters. Results show the existence of correlations between the robustness problems and the difference in climate conditions between model calibration and validation periods. The analysis especially points out the situations of systematic bias correlated to differences in air temperature. However, results are heterogeneous in our catchment set, and climate variables or error type associated with the identified problems vary between catchments.The analysis of simulation biases on catchments where the models are not robust shows alternating phases of flow under- or overestimation, with a possible bias in the mean flow up to 20% over a ten-year period.Our work reveals that very similar results can be obtained for various periods or calibration methods. The robustness issues faced by conceptual models used in this study do not solely stem from inadequate calibrations leading to the selection of parameters unable reproduce the catchment behavior. They seem to be the consequence of overall difficulties for models to satisfactorily simulate water balances simultaneously on various periods.This work opens reflections on the limited capacity of some hydrological models to reproduce low-frequency dynamics and raises questions on the role of inputs estimates errors in model failures, especially the temporal variations of evapotranspiration

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Loubet, Aurelien. "Modélisation de l'hydrosystème Vaccarès : contribution à une gestion adaptative des ressources en eau dans le delta du Rhône, France". Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4777.

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On se propose d'étudier l'hydrosystème Vaccarès, partie centrale du delta du Rhône, parfait exemple d'interrelations fortes entre l'homme et le milieu naturel. L'approche s'est déroulée en trois parties. L'acquisition et le traitement de données hydrologiques nous ont permis de caractériser la dynamique hydro-saline de ce système complexe. A partir d'une analyse plus approfondie nous avons établi les bilans hydro-salins et sédimentaires à l'échelle du complexe lagunaire. Grâce à un suivi de 18 années, les bilans sédimentaires dévoilent un déficit sédimentaire de 19 500 tonnes quand on ne prend pas en compte les apports exceptionnels des eaux d'inondation en 1993 et 1994. Un tel déficit, s'il perdure, ne fera qu'aggraver le différentiel d'altitude entre la mer et le delta, entrainant par la force des choses une salinisation du système non désirée par la plupart de ses acteurs. Dans un deuxième temps, nous avons procédé à l'implémentation et à la validation du modèle hydrodynamique du complexe lagunaire du Vaccarès. Son utilisation s'est tournée vers une complémentarité avec le modèle conceptuel de l'Hydrosystème Vaccarès. Ce dernier, baptisé Hydro-CAM, après avoir bénéficié d'une phase de calage et validation, a été exploité afin de tester la dynamique du système dans une démarche prospective. L'objectif ici, qui constitue le troisième temps de ces travaux de thèse, a été d'explorer par simulation les trajectoires possibles d'évolution de l'hydrosystème en termes de bilan d'eau et de sel, et ce d'après des scénarios construits sur les paramètres hydro-climatiques (changement climatique, augmentation du niveau marin) et anthropiques
The studied site is the Vaccarès hydrosystem, the central part of the Rhône delta and a good example of strong relationship between humans and a natural area. Through the data acquisition and data processing, we characterised the hydro-saline dynamic of this complex hydrosystem from 1993 to 2008. From a further analysis, we established first the hydro-saline and sedimentary balance across the lagoon complex. Through a monitoring of 16 years, the sedimentary balance revealed a sediment deficit of about 19'500 tons when we disregard the outstanding contributions of flooding waters in 1993 and 1994. If this deficit persists, the difference in altitude between the sea and the delta will tend to increase. This will result by a salinization of the system, unwanted by the most of his actors. To investigate these consequences, we conceived a hydrodynamic model of the Vaccarès lagoon complex, capable to simulate water levels and salinities. The model, named Hydro-CAM, was calibrated and validated in terms of water levels and salinities in three sub-units of the lagoon complex. It was then used to test the system dynamics in a prospective approach. The objective in this thesis work was to explore by simulation the possible trajectories of the evolution of the Hydrosystem in terms of water and salt balance. Simulations were based on scenarii constructed from climate parameters and anthropogenic parameters (water management, constructions, land use on drainage basins, etc.). The results revealed the vulnerability of this complex system to various risks which it is already facing and for which the intensification and/or increase can be expected in the future

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Zhou, Xudong. "The impact of climate change and human management on the water cycle of China : dealing with uncertainties". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX097/document.

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La modélisation hydrologique est un moyen pratique de quantifier les réactions du débit des rivières au changement climatique et à la gestion humaine de l’environment et de l’eau. Cependant, il existe des incertitudes à la fois dans les entrées des modèle s(par exemple, les variables atmosphériques) et les modèles eux même(par exemple, les structures de modèle et les paramètres de modèle), qui peuvent affecter la précision du modèle et les conclusions. En se concentrant sur différentes sources d'incertitude, cette thèse passe en revue les études antérieures et propose de nouvelles approches pour estimer et comparer les incertitudes avec leurs applications concentrées sur la Chine. Cette thèse propose d’abord une approche tridimensionnelle de la partition de la variance qui estime l’incertitude des multiples produits de précipitation de types différents. La nouvelle estimation utilise des informations complètes dans les dimensions temporelle et spatiale et constitue donc un indicateur plus complet pour l'évaluation de l'incertitude, en particulier pour plusieurs jeux de données. Cette thèse propose ensuite un cadre ORCHIDEE-Budyko permettant d'attribuer le biais de décharge entre la simulation du modèle (fournie par le modèle de surface ORCHIDEE) et les observations aux sources d'incertitude des variables atmosphériques et de la structure du modèle. Le cadre qualifie la possibilité d'incertitudes différentes avec l'hypothèse de Budyko basée sur des facteurs physiques et le soutien de littératures existante. Cette thèse passe enfin en revue les activités humaines et leur impact sur le débit des rivières en Chine, ainsi que les approches associées utilisées pour la quantification. L’impact humain qui a été quantifié par la différence entre le débit fluvial observé et celui qui a été naturalisé est ensuite comparé à des simulations multi-modèles conduites par différents forçages. Les résultats montrent que l’incertitude dans les variables atmosphériques (par exemple, les précipitations) est grande, en particulier pour les modèles de circulation générale (GCMs). L'incertitude des précipitations est très probablement supérieure à celle de l'incertitude du modèle. L'incertitude associée au débit modélisé avec différents forçages est supérieure à l'ampleur de l'impact humain pour la plupart des régions, en particulier dans le sud de la Chine, ce qui rend la la quantification de l'impact humain pour ces régions difficile. Cette compréhension des incertitudes dans le cycle naturel de l'eau et de la gestion que lui imposent les hommes est une condition préalable à toute tentative de modélisation des pressions anthropiques
Hydrological modeling is a practical means to quantify responses of river discharge to climate change and human management. However, there are uncertainties in both the model input (e.g., atmospheric variables) and the models (e.g., model structures and model parameters), that can affect the model accuracy and the conclusions. Focusing on different uncertainty sources, this thesis reviews the past studies and provides new approaches for estimating and comparing the uncertainties with their applications concentrated over China. This thesis first proposes a three-dimensional variance partitioning approach that estimates the uncertainty among multiple precipitation products with different types. The new estimation uses full information in temporal and spatial dimensions and thus is a more comprehensive metric for uncertainty assessment especially for multiple datasets. This thesis then proposes a ORCHIDEE-Budyko framework that helps attribute the discharge bias between model simulation (provided by land surface model ORCHIDEE) and observations to uncertainty sources of atmospheric variables and model structure. The framework qualifies the possibility of different uncertainties with physical-based Budyko hypothesis and support of related literatures. This thesis finally reviews the human activities and their impact on river discharge over China regions as well as the related approaches that used for the quantification. The human impact that quantified as the difference between observed river discharge and the naturalized ones is then compared with multi-model simulations driven by different forcing inputs. Results show that the uncertainty in atmospheric variables (e.g., precipitation) is large especially for General Circulation Models (GCMs). Precipitation uncertainty is very likely larger than that of the model uncertainty. The uncertainty in the modeled discharge with different forcing is larger than the magnitude of human impact for most of the regions especially in south China, which impedes the credibility of human impact quantification for those regions. This understanding of uncertainties in the natural water cycle and the management humans impose on it is a prerequisite before attempting to model the anthropogenic pressures

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Laurent, Léa. "Evolution des risques agro-climatiques en lien avec les modifications de l'aléa climatique en contexte de réchauffement". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCK007.

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Le changement climatique modifie l’aléa climatique et impose de reconsidérer les risques agro-climatiques. En France, depuis les années 1960, le changement climatique se traduit par une hausse abrupte des températures autour des années 1987/1988. Ces modifications rapides de l’aléa climatique sont susceptibles de modifier les risques agro-climatiques et d’entraîner des pertes historiques dans les récoltes. La compréhension des effets régionalisés du changement climatique sur les risques agro-climatiques constitue donc un enjeu majeur pour le monde agricole. La sécheresse est l’un des risques agro-climatiques qui impacte fortement la production agricole et les performances des assurances climatiques sur récoltes. Ce travail de thèse, fruit d’une collaboration entre un assureur et un laboratoire de recherche, se propose d’étudier comment et dans quelle proportion les modifications de l’aléa climatique affectent le risque sécheresse, et à terme les performances de l’assurance climatique sur récoltes. Le blé, le maïs et la vigne sont des cultures importantes pour l’entreprise, et sont donc étudiées plus particulièrement dans ce travail.Les données Safran-Isba-Modcou produites par Météo-France permettent, à l’échelle régionale, de quantifier l’évolution structurelle de l’aléa climatique lié au cycle de l’eau sur la période 1959-2021. La prise en compte de la vulnérabilité des cultures via l’utilisation d’un modèle de bilan hydrique simplifié donne l’opportunité d’évaluer les changements dans la contrainte hydrique sur les bassins de production des cultures d’intérêt. La définition d’un seuil de stress hydrique pour les cultures étudiées conduit au développement d’un indice de sécheresse. Les distributions statistiques de ce dernier sont probabilisées avec un modèle de Tweedie, donnant lieu à une caractérisation régionalisée des modifications structurales du risque agro-climatique sécheresse suite aux réchauffement rapides observés en France.Après le réchauffement rapide de 1987/1988, la demande évaporative est en forte hausse, particulièrement au printemps et en été. Cela induit un assèchement progressif des réservoirs en eau du sol, faisant augmenter la contrainte hydrique sur le couvert végétal. La prise en compte de la vulnérabilité des cultures d’intérêt montre que par exemple pour le blé tendre d’hiver, le bilan hydrique évolue en conséquence. Les périodes de dépassement du seuil de stress hydrique s’allongent ou s’intensifient avec le réchauffement, de manière variée selon les bassins de production considérés. Ces évolutions peuvent être expliquées par une forte augmentation de l’évapotranspiration. En fin de saison végétative, la modification des séquences sèches joue également un rôle. La structure du risque agro-climatique lié à la sécheresse en est affectée. Cela se traduit par une augmentation de l’intensité et/ou de l’occurrence des épisodes de sécheresse. Ces modifications dépendent du bassin de production étudié et s’accompagnent d’une hausse des sécheresses extrêmes.Ces modifications du risque sécheresse suite à l’évolution rapide de l’aléa climatique affectent des stades sensibles des cultures, ce qui peut amener à des pertes de rendement importantes. Les performances de l’assurance multirisque climatique sont donc étroitement liées à l’évolution de ce type de risque. L’indice développé dans ces travaux montre, dans certaines conditions, une bonne corrélation avec l’indice de sinistralité utilisé par les assurances. Cela ouvre des perspectives pour étudier la volatilité des performances de l’assurance climatique sur récolte. Il convient néanmoins d’affiner et de consolider ces résultats, qui, pour certaines cultures telles que le blé, ne montrent pas d’améliorations probantes. La projection de ces indices sécheresse pourrait aider les assureurs à élaborer et tester des stratégies de prévention et d’adaptation territorialisées pertinentes pour l’ensemble des parties prenantes
Climate change modifies climatic hazards and requires a reconsideration of agro-climatic risks. In France, since the 1960s, climate change has resulted in an abrupt rise in surface air temperature around 1987/1988. These rapid changes in climatic hazards are likely to modify agro-climatic risks and lead to historic crop losses. Understanding the regional effects of climate change on agro-climatic risks is therefore a major challenge for the agricultural sector. Drought is one of the agro-climatic risks that have a major impact on crop production and climatic crop insurance. This work, which results from a collaboration between an insurance company and a research laboratory, investigates how and to what extent changes in climatic hazards affect drought risk, and ultimately the performance of climatic crop insurance. Since wheat, maize and vineyards are the main crops in the company's portfolio, agro-climatic risk modifications will be studied specifically for these crops of interest.The Safran-Isba-Modcou dataset, produced by Météo-France, allows to quantify structural changes in climatic hazard linked to water cycle on a regional scale over the period 1959-2021. Taking crop vulnerability into account by using a simplified water balance model provides an opportunity to assess changes in water constraint for each production basin of the crops of interest. The definition of a water stress threshold for the crops studied enables to develop a drought index. The statistical distributions of the latter are probabilized using a Tweedie model, resulting in a regionalized characterization of drought risk structural modifications after the rapid warming observed in France.After the rapid warming of 1987/1988, evaporative demand increases sharply, particularly in spring and summer. This leads to a progressive drying-up of soil water reservoirs, increasing water stress on vegetation cover. Taking into account the vulnerability of the crops of interest shows that for winter bread wheat, for example, the water balance changes consequently. Periods when the water stress threshold is exceeded are lengthened or intensified with warming, depending on the production basin considered. These trends can be explained by a sharp increase in evapotranspiration. At the end of the growing season, changes in dry spells also play a role. This affects the structure of the drought-related agro-climatic risk, translating into an increase in the intensity and/or the occurrence of drought episodes. These changes depend on the production basin studied, and are associated with an increase in extreme droughts.The changes in drought risk, resulting from the rapid evolution of climatic hazards, affect sensitive crop stages, and can lead to significant yield losses. The performance of climatic crop insurance is therefore closely linked to changes in this type of risk. Given certain conditions, the drought index developed in this work shows a good correlation with the loss ratio used by insurance companies. This opens up new avenues for studying the volatility of climatic crop insurance performance. However, we need to refine and consolidate these results, which do not show any convincing improvement for certain crops such as wheat. The projection of these drought indices could help insurers to develop and experiment territorialized prevention and adaptation strategies that are relevant to all stakeholders

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Hublart, Paul. "Exploring the use of conceptual catchment models in assessing irrigation water availability for grape growing in the semi-arid Andes". Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS181.

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La thèse explore l’utilisation de modèles hydrologiques globaux pour estimer la disponibilité en eau agricole dans le contexte des Andes chiliennes semi-arides. Dans cette région, l’approvisionnement en eau des cultures irriguées de fonds de vallée durant l’été dépend de précipitations se produisant sous forme de neige à haute altitude lors de quelques évènements hivernaux. L’influence des phénomènes ENSO et PDO induit par ailleurs une forte variabilité climatique à l’échelle inter-annuelle, marquée par l’occurrence d’années extrêmement sèches ou humides. La région connaît aussi depuis les années 1980 une progression importante de la viticulture irriguée. Afin de prendre en compte les variations saisonnières et inter-annuelles de la disponibilité et de la consommation en eau d’irrigation, une chaîne de modélisation intégrée a été développée et différentes méthodes de quantification/réduction des incertitudes de simulation ont été mises en œuvre. Les écoulements naturels ont été simulés avec un modèle hydrologique global de type empirique/conceptuel prenant en compte les processus d’accumulation et d’ablation de la neige. En parallèle, les besoins en eau d’irrigation ont été estimés à l’échelle du bassin à partir de modèles phénologiques orientés processus et d’une approche simple du bilan hydrique du sol. Dans l’ensemble, une approche holistique et parcimonieuse a été privilégiée afin de maintenir un niveau d’abstraction mathématique et de représentation des processus équivalent à celui des modèles de bassin couramment utilisés. Afin d’améliorer l’utilité et la fiabilité des simulations obtenues en contexte de changement ou de forte variabilité climatique, l’effet des températures extrêmes sur le développement des cultures et l’impact des pertes en eau par sublimation à haute altitude ont fait l’objet d’une attention particulière. Ce cadre de modélisation conceptuel a été testé pour un bassin typique des Andes semi-arides (1512 km2, 820–5500 m a.s.l.) sur une période de 20 ans incluant une large gamme de conditions climatiques et des pratiques agricoles non-stationnaires (évolution des variétés de vigne, des surfaces et modes d’irrigation, etc). L’évaluation des modèles a été réalisée dans un cadre bayésien en faisant l’hypothèse d’erreurs auto-corrélées, hétéroscédastiques et non-gaussiennes. Différents critères et sources de données ont par ailleurs été mobilisés afin de vérifier l’efficacité et la cohérence interne de la chaîne de modélisation ainsi que la fiabilité statistique et la finesse des intervalles de confiance obtenus. De manière alternative, une caractérisation des erreurs de structure et de l’ambiguïté propre au choix du modèle hydrologique a été réalisée de manière non-probabiliste à partir d’une plate-forme de modélisation modulaire. Dans l’ensemble, la prise en compte explicite de la consommation en eau des cultures a mis en valeur certaines interactions entre paramètres hydrologiques et permis d’améliorer la fiabilité des simulations hydrologiques en année sèche. Finalement, une étude de sensibilité à différents seuils d’augmentation de la température et de la concentration en CO2 a été effectuée afin d’évaluer l’impact potentiel des changements climatiques sur le comportement de l’hydrosystème et la capacité à satisfaire la demande en eau d’irrigation dans le futur
This thesis investigates the use of lumped catchment models to assess water availability for irrigation in the upland areas of northern-central Chile (30°S). Here, most of the annual water supply falls as snow in the high Cordillera during a few winter storms. Seasonal snowpacks serve as natural reservoirs, accumulating water during the winter and sustaining streams and aquifers during the summer, when irrigation demand in the cultivated valleys is at its peak. At the inter-annual timescale, the influence of ENSO and PDO phenomena result in the occurrence of extremely wet and dry years. Also, irrigated areas and grape growing have achieved a dramatic increase since the early 1980s. To evaluate the usefulness of explicitly accounting for changes in irrigation water-use in lumped catchment models, an integrated modeling framework was developed and different ways of quantifying/reducing model uncertainty were explored. Natural streamflow was simulated using an empirical hydrological model and a snowmelt routine. In parallel, seasonal and inter-annual variations in irrigation requirements were estimated using several process-based phenological models and a simple soil-water balance approach. Overall, this resulted in a low-dimensional, holistic approach based on the same level of mathematical abstraction and process representation as in most commonly-used catchment models. To improve model reliability and usefulness under varying or changing climate conditions, particular attention was paid to the effects of extreme temperatures on crop phenology and the contribution of sublimation losses to water balance at high elevations. This conceptual framework was tested in a typical semi-arid Andean catchment (1512 km2, 820–5500 m a.s.l.) over a 20–year simulation period encompassing a wide range of climate and water-use conditions (changes in grape varieties, irrigated areas, irrigation techniques). Model evaluation was performed from a Bayesian perspective assuming auto-correlated, heteroscedastic and non-gaussian residuals. Different criteria and data sources were used to verify model assumptions in terms of efficiency, internal consistency, statistical reliability and sharpness of the predictive uncertainty bands. Alternatively, a multiple-hypothesis and multi-criteria modeling framework was also developed to quantify the importance of model non-uniqueness and structural inadequacy from a non-probabilistic perspective. On the whole, incorporating the effects of irrigation water-use led to new interactions between the hydrological parameters of the modeling framework and improved reliability of streamflow predictions during low-flow periods. Finally, a sensitivity analysis to changes in climate conditions was conducted to evaluate the potential impacts of increasing temperatures and atmospheric CO2 on the hydrological behavior of the catchment and the capacity to meet future water demands

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Gao, Guohui. "Variations in the North African climate and in the hydrology of intermediate- and deep-water masses of the Mediterranean Sea during the late Quaternary : sedimentological, mineralogical and geochemical investigations of marine sediments". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASJ025.

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Resumen

La circulation thermohaline méditerranéenne influence l'AMOC et les dépôts de sapropels. Cette étude examine les méthodes d'extraction des compositions isotopiques de Nd de l'eau de mer passée et la variabilité de la formation des eaux profondes pendant le dernier cycle climatique. Nos résultats montrent que l'εNd des foraminifères n'est pas affecté par la diagenèse des téphras. L'extraction séquentielle avec hydroxylamine hydrochloride donne des valeurs d'εNd cohérentes avec celles des foraminifères. L'εNd des eaux profondes de la mer Adriatique est resté constant durant les 16 derniers ka. L'étude de carottes de la Méditerranée orientale a permis de contraindre la variabilité de la formation des eaux profondes adriatique et égéenne pendant le dernier cycle climatique, notamment durant les dépôts des sapropels S1 et S5. La formation d'eau profonde adriatique (AdDW) s'est arrêtée pendant le dépôt du S1a et S1b. L'événement froid à ~8,2 cal kyr BP coïncide avec une diminution de l'εNd, impliquant une formation active d'AdDW, responsable de la ré-ventilation des eaux profondes et de l'interruption du S1 dans le nord de la mer Ionienne. Pour le S5, l'apport initial d'eau douce a entraîné une stratification des eaux profondes, limitant leur formation et induisant une signature locale d'εNd due à un échange prolongé entre l'eau de mer et les sédiments. Au cours du dépôt, les enregistrements d'εNd indiquent un mélange des eaux profondes et une diminution du gradient d'εNd entre les marges nord et sud du bassin Levantin, associés à la baisse des températures et à la diminution de l'apport du Nil. Cela a facilité la formation d'eaux profondes égéennes et renforcé légèrement la circulation profonde. Des analyses minéralogiques et géochimiques sur une carotte au sud de la Sardaigne ont permis de reconstituer les variations des apports détritiques d'Afrique du Nord et les processus climatiques associés sur 600 ka. Les périodes glaciaires et de faible insolation estivale sont liées à une augmentation des flux terrigènes, des teneurs en smectite et des rapports illite/kaolinite (I/K) plus élevés, suggérant une source de poussière principale dans le nord de l'Afrique du Nord (PSA1).Les périodes humides africaines montrent un rapport I/K plus faible et des compositions isotopiques en Sr et Nd indiquant une source sédimentaire principale dans la région tropicale méridionale, en accord avec un déplacement vers le nord de la ZCIT et l'extension de la végétation. Les émissions de poussières sont réduites et le matériel détritique est transporté vers le sud de la mer Tyrrhénienne par les paléo-fleuves tunisiens. Les apports de poussières de PSA1 résultent d'une interaction complexe entre les climats des hautes et basses latitudes de l'hémisphère Nord, pas uniquement de la migration de la ZCIT. Les variations des apports éoliens n'induisent pas de modifications de l'εNd des eaux profondes du sud de la mer Tyrrhénienne
The Mediterranean Sea's thermohaline circulation, which is sensitive to high and low latitude climate changes, influences the AMOC and the occurrence of sapropel layers in Eastern Mediterranean Sea (EMS). The depositions of sapropels are attributed to stagnant deep-water conditions and increased biological production during specific orbital cycles. However, debates persist concerning the complex interaction between climatic processes, circulation dynamics, and sapropel depositions. In this study, we have firstly investigated different methods for extracting past seawater Nd isotope compositions (εNd) from a core collected in the Adriatic Sea whose tephra layers have been previously well documented. Our results show that foraminiferal εNd values remain unaffected by the diagenesis of tephra and that sequential extraction with hydroxylamine hydrochloride yields εNd values that are more consistent with those obtained on planktonic foraminifera. We then demonstrated that εNd of the Adriatic deep-water remained constant throughout the past 16 kyr. In a second step, we investigated foraminiferal εNd of several cores located at intermediate and deep-water depths in the south of the Aegean Sea on the pathway of the Aegean Deep-Water (AeDW) and in the northern Ionian Sea. This permits us to constrain deep-water formations in the Adriatic Sea and the Aegean Sea during the last climatic cycle and, more particularly, during the deposition of sapropels S1 and S5. We have then demonstrated from cores of the northern Ionian Sea that the formation of Adriatic Deep-Water (AdDW) collapse during the deposition of S1a and S1b. The cold events at ~8.2 cal kyr BP are coeval to an obvious decrease in εNd value, implying an active AdDW formation, which is responsible for the re-ventilation of deep-water masses and the interruption of the deposition of the sapropel S1 in the northern Ionian Sea. When combined with previous εNd records from the EMS, our results indicate for the S5 that the initial freshwater influx led to strong water stratification, limited deep-water formation and shifted foraminiferal εNd towards a local signature due to a longer duration of Nd exchange between seawater and marginal sediments. As deposition of S5 progresses, εNd records of all cores of the EMS indicate a mixing of deep-water masses accompanied by a decrease in the εNd gradient between the northern and southern margins of the Levantine Basin. This is associated with the global decrease in temperatures and lower input of Nile River water, favoring deep-water formation in the north and enhancing basin-wide circulation. Foraminiferal εNd records show a great sensitivity to bottom water recirculation levels after prolonged stratification during periods of sapropel depositions. Finally, mineralogical and geochemical analyses (clay mineralogy, 87Sr/86Sr, εNd, major and trace elements) on a core south of Sardinia reconstructed detrital input variations from North Africa over the last 600 kyr. Glacial MIS and low summer insolation periods correlate with increased terrigenous flux, higher smectite content, and higher illite/kaolinite (I/K) ratios, indicating northern North Africa (PSA1) as the dust source. Conversely, African Humid Periods (AHPs) show lower I/K ratios, pointing to southern tropical North Africa as the sediment source, aligned with northward ITCZ movement and vegetation expansion, reducing dust emissions and transporting detrital material to the southern Tyrrhenian Sea via paleo-rivers from Tunisia

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Le, Breton Éric. "Réponses géomorphologiques et hydrologiques aux changements environnementaux récents au Sahel nigérien". Paris 1, 2012. http://www.theses.fr/2012PA010744.

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Resumen

Le secteur d'étude situé à 14 km à l'Est de Niamey est en proie à une conjonction de facteurs environnementaux (principalement climatologiques et démographiques). Ces derniers ont conduit à de fortes modifications hydrologiques et géomorphologiques. Dans le cadre d'un suivi des processus de ruissellement, d'érosion, de transfert et de sédimentation, l'objectif principal de cette étude est de quantifier et de décrire l'évolution de l'ensemble des processus hydro-sédimentaires de surface. Cette étude s'appuie sur le suivi de données de parcelles expérimentales, d'hydrométrie, de transferts sédimentaires et de topographie. Les champs de mil, en extension dans les secteurs de forte pression démographique, ne peuvent être considérés comme fortement contributeurs aux écoulements de surface. Les spécificités du régime climatique (processus hydro-éoliens) conduisent à la formation d'états de surface fortement ruisselants consécutive à la mise en culture des versants. Au sein des ravines, les transferts hydrologiques sont fortement influencés par la morphologie du bassin, la porosité des horizons superficiels du sol et la forte capacité d'infiltration des fonds de ravine. Sur les croûtes d'érosion, les volumes ruisselés conséquents se multiplient aux fortes concentrations en sédiments pour alimenter les zones de stockage sédimentaire à mi-versant et dans les bas-fonds. La typologie des précipitations permet la mobilisation de particules sur ces sols à forte compacité. L'évolution des formes d'érosion / sédimentation conduit à une forte modification de la répartition spatio-temporelle et du poids de chacune des composantes du cycle hydrologique à l'échelle des bassins-versants.

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Jourdan, Camille. "Approche mixte instrumentation-modélisation hydrologique multi-échelle d’un bassin tropical peu jaugé soumis à des changements d’occupation des sols : cas du bassin de la Méfou (Yaoundé, Cameroun)". Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTG089.

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Resumen

Les zones tropicales humides présentent généralement des chroniques hydro-climatiques limitées dans un contexte d’évolution rapide de l’urbanisation et des pressions grandissantes sur la ressource en eau. L’objectif de ce travail est de développer une approche permettant la compréhension du fonctionnement hydrologique dans un contexte peu jaugé afin d’évaluer l’impact de l’urbanisation pour une meilleure gestion de la ressource en eau et des crues. Une démarche mixte instrumentation-modélisation « sur mesure » est menée à différentes échelles spatiales (bassins emboîtés) et temporelles (de l’heure à l’année). Les applications sont menées sur le bassin de fortement urbanisé de la Méfou de 421 km² (Yaoundé, Cameroun). La thèse est structurée en trois parties. La première partie présente l’instrumentation que nous avons menée de 2017 à 2019 (16 pluviomètres et 7 limnimètres) sur 6 sous bassins avec des occupations de sols différentes (du naturel à l’urbain). Ces données horaires complètent les données historiques éparses (1950-2015) et les données globales récentes (e.g. données satellitaires, produits de ré-analyse). L’analyse des données a mis en évidence les débordements lors des fortes crues et a permis de quantifier les termes du bilan hydrologique aux échelles annuelle et de l’événement de crue, ainsi que l’impact de l’urbanisation sur le bilan hydrologique : un recul des zones forestières de 50 % et une augmentation de la proportion de zone urbaine de 10 % en 1980 à 35 % en 2017 sont associés à une augmentation de l’écoulement annuelle de 53 %. Pour tenir compte de l’évolution de l’urbanisation dans un contexte peu jaugé, la modélisation hydrologique doit être « sur mesure », adaptée aux spécificités du milieu, simple, semi-distribuée, non-stationnaire et parcimonieuse. La deuxième partie présente le nouveau modèle annuel semi-distribué que nous avons développé sur la base des modèles de Ponce et Shetty (1995) en tenant compte de la non-stationnarité des processus. Ce modèle a permis de quantifier la contribution de 8 sous-bassins majeurs, de reconstruire les séries historiques (1950-2017 ; RMSE = 99 mm) et de simuler l’impact de scénarios de changements climatiques et d’urbanisation sur la ressource en eau. La troisième partie présente le développement d’un modèle continue horaire afin de simuler les hydrogrammes de crue. Deux nouveaux modèles distincts sont développés en adaptant le modèle MHYDAS au contexte tropical urbain peu jaugé : i) Un modèle global qui permet de simuler en un point du bassin l’impact de l’urbanisation sur la ressource en eau et les crues ; ii) Un modèle semi-distribué qui permet de simuler l’impact des aménagements sur les tronçons ou de l’urbanisation sur certaines parties du bassin. Les performances des modèles ont été évaluées : i) à différents pas de temps de l’heure à l’année ; ii) sur la série continue des données et à l’échelle événementielle. Les composantes du bilan hydrologiques sont simulées tant pour l’état actuel que pour divers scénarios climatiques et d’aménagements : évapotranspiration, variation de stock dans le sol, écoulement de surface, débit de base et débordement. Tout en limitant la phase de calibration, ces modèles parcimonieux aboutissent à des performances satisfaisantes tant pour la simulation des bilans hydrologique que pour la simulation des événements de crue (NSE = 0.85). Cette approche mixte instrumentation-modélisation « sur mesure » multi-échelles semble prometteuse pour une meilleure compréhension des processus hydrologiques en milieux peu jaugés soumis à des modifications des territoires, et pour mettre à disposition des gestionnaires d’outils simples et efficaces pour la gestion de la ressource en eau et des crues
Humid tropics areas have generally limited hydro-climatic data in a context of rapidly changing urbanization and increasing pressures on water resources. The objective of this work is to develop an approach for understanding hydrological functioning in a poorly gauged context tropical basin in order to assess the impact of urbanization for a better water resource and flood management. A mixed instrumentation-modelling "tailor-made" approach is carried out at different spatial scales (nested basins) and temporal scales (from hour to year). The applications are carried out in the highly urbanized 421 km² Méfou basin (Yaoundé, Cameroon). The thesis is structured in three parts. The first part presents the instrumentation we conducted from 2017 to 2019 (16 rain gauges and 7 limnimeters) on 6 sub-basins with different land uses (from natural to urban). These hourly data complement the scattered sparse historical data (1950-2015) and recent global data (e.g. satellite data, re-analysis products). Data analysis highlighted overflows during high floods and quantified the terms of the annual water balance and flood events, as well as the impact of urbanization on the water balance: a 50% decline in forest areas and an increase in the proportion of urban areas from 10% in 1980 to 35% in 2017 are associated with a 53% increase in annual flow. To take into account the evolution of urbanization in a poorly gauged context, hydrological modelling must be "tailor-made", adapted to the specificities of the environment, simple, semi-distributed, non-stationary and parsimonious. The second part presents the new semi-distributed annual model that we developed on the basis of Ponce and Shetty's (1995) models, taking into account the non-stationarity of the processes. This model made it possiblelet to quantify the contribution of 8 major sub-basins, to reconstruct the historical series (1950-2017; RMSE = 99 mm) and to simulate the impact of climate change and urbanization scenarios on water resources. The third part presents the development of a continuous hourly model to simulate flood hydrographs. Two new distinct models are being developed by adapting the MHYDAS model to the poorly gauged urban tropical context: i) A global model that simulates the impact of urbanization on water resources and floods at one point in the basin; ii) A semi-distributed model that simulates the impact of developments on the sections channel network or urbanization on certain parts of the basin. The performance of the models was evaluated: (i) at different time steps from hour to year; (ii) on the continuous data series and event scale. The components of the water balance are simulated for both the current state and various climatic and development scenarios: evapotranspiration, soil stock change, surface runoff, base flow and overflow. While limiting the calibration phase, these sparse parsimonious models provide satisfactory performance for both the simulation of hydrological budgets and the simulation of flood events (NSE = 0.85). This mixed multi-scale "tailor-made" instrumentation-modelling approach seems promising for a better understanding of hydrological processes in poorly gauged environments subject to territorial modifications, and for providing managers with simple and effective tools for water resource and flood management

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Kuentz, Anna. "Un siècle de variabilité hydro-climatique sur le bassin de la Durance : Recherches historiques et reconstitutions". Thesis, Paris, AgroParisTech, 2013. http://www.theses.fr/2013AGPT0047/document.

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Resumen

Dans un contexte de variabilité climatique et de multiplication des usages de l'eau, la compréhension et la prévision de la variabilité des débits des cours d'eau est aujourd'hui un enjeu majeur pour améliorer la gestion des ressources en eau à l'échelle des bassins versants. En France, le bassin versant de la Durance (Alpes du Sud), lieu de multiples usages de l'eau (hydroélectricité, agriculture, alimentation en eau potable, loisirs), fait l'objet d'une attention particulière en ce qui concerne les impacts du changement climatique qui pourraient être importants du fait de sa situation géographique et de son régime partiellement nival, et remettre en question les équilibres en place permettant le partage de la ressource. Dans l'optique d'une meilleure anticipation de la variabilité hydrologique d'un bassin versant, bien connaître le passé est une étape fondamentale permettant à la fois une meilleure connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin et une mise en perspective des projections hydro-climatiques futures. Cette thèse a pour objectif et résultat principal de faire progresser l'état des connaissances sur la variabilité hydrologique du bassin de la Durance à l'échelle du dernier siècle. Deux axes principaux ont été développés pour remplir cet objectif. Une première étape a été la recherche et la mise au jour d'un ensemble de longues séries hydrométriques concernant la Durance et ses affluents, permettant d'élever à 11 le nombre de séries centenaires de débits journaliers aujourd'hui disponibles sur ce bassin. Les nombreux documents accompagnant les données retrouvées nous ont par ailleurs permis de retracer, pour une partie de ces séries, l'évolution des méthodes utilisées pour les construire. Un processus de simulation des méthodes anciennes à partir de données horaires disponibles sur la période récente nous a permis de quantifier l'incertitude associée à ces méthodes et de mettre en évidence des biais importants causés par celles-ci sur certaines portions de séries. Une méthode de correction a été proposée et appliquée à plusieurs séries. Le deuxième axe de notre travail a consisté en la reconstitution de séries hydrologiques en différents points du bassin. À cette fin, nous avons présenté et appliqué une méthode originale appelée ANATEM de reconstitution de séries climatiques à l'échelle du bassin versant à partir de données climatiques de grande échelle (champs de pressions atmosphériques), combinées à des informations plus régionales (séries de précipitations ou de températures observées). Les séries climatiques ainsi reconstituées ont ensuite été utilisées en entrée d'un modèle hydrologique pour construire des séries de débits. Ce processus nous a permis d'obtenir une vingtaine de séries hydrologiques couvrant la période 1884-2010 sur le bassin de la Durance. La comparaison des reconstitutions hydro-climatiques avec les longues séries de débits observés aujourd'hui disponibles a permis de valider la chaîne de reconstitution sur une période de plus d'un siècle. Les séries observées et reconstituées illustrent finalement la variabilité hydrologique du bassin de la Durance qui se caractérise par une alternance de périodes sèches et humides à l'échelle de la décennie, ainsi que par une légère tendance à la baisse des débits. Ces longues séries de l'hydrologie du passé permettront de mettre en perspective les études prospectives sur les ressources en eau disponibles à l'échelle du siècle prochain
Understanding and predicting hydrological variability is becoming a major issue to improve water resources management at the watershed scale, as climate variability and multipurpose use of water increase stress on the available resources. In France, the Durance watershed (South part of the Alps) is both characterised by numerous water-related activities such as hydropower, irrigation, water supply, tourism, and by a wide range of meteorological contexts ranging from mountainous to dry Mediterranean watersheds. As a consequence, this watershed appears as very sensitive to observed and projected climate variability, with an impact on water resources sufficient to question the current balance between users. In order to better forecast the Durance watershed hydrological variability, tracing back its past evolution is an essential step. Indeed, historical knowledge provides a better understanding of how the watershed works, and put into perspective hydro meteorological projections for the next century. The main goal of this Ph.D. thesis is then to improve our knowledge of the hydrological variability of the Durance watershed over the last century. Two main themes have been developed.The first step focused on historical research, bringing to light 11 centennial time-series of daily streamflow on the Durance watershed. Those data were quite well documented, allowing us to follow the evolution of the methods used to construct some of those time-series. Based on recent streamflow time-series, a simulation process allowed us to quantify the uncertainty associated to the methods used in the past, and to highlight the significant biases they carried on some periods of time. A correction process was then developed, leading to the partial revision of some of the time-series. A second step involved reconstructing hydrological time-series at different points of the watershed. An original method, called ANATEM, has been introduced and exhaustively applied to rebuild climatological time-series at the watershed scale. This method is based on the use of large scale climatological variables (atmospheric pressure fields) combined with regional scale observations (observed precipitation or air temperature). Those reconstructed climatological time-series were then prescribed in a rainfall-runoff model, allowing the computation of hydrological simulations on the 1884-2010 period. The comparison of the simulated data with our 11 centennial observed time series allowed us to validate our hydro-climatological reconstruction chain over more than a century. Finally, the observed and simulated time-series illustrate the climatological and hydrological variability of the Durance watershed. This variability is characterised by the succession of alternatively dry and humid periods lasting for ten to fifteen years, and by a slight trend to streamflow decrease. These long-term hydrological time-series will then put into perspective future investigations on water resources available over the next century

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Wilcox, Catherine. "Evaluation de changements hydrologiques en Afrique de l'Ouest : Détection de tendances et cadre de modélisation pour projections futures". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU016/document.

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Resumen

Malgré des conditions sèches qui prédominent depuis les années 1970, l’Afrique de l’Ouest a subi au cours des deux dernières décennies des épisodes d’inondations sévères qui ont provoqué de nombreux décès et dommages socio-économiques. L’émergence de ce nouveau problème montre une nouvelle facette de la sensibilité de cette région aux changements hydro-climatiques, appelant à une meilleure caractérisation de l’aléa inondation, des processus qui le génèrent, ainsi que la mise en place de méthodes permettant de projeter les évolutions futures de cet aléa pour mieux s’en prémunir.Dans ce contexte, la thèse cherche à répondre à trois questions principales :1) L’augmentation des dommages liés aux inondations s’est-elle accompagnée d’une intensification des crues extrêmes en Afrique de l’Ouest?2) Comment modéliser les orages de mousson, premier facteur de génération du ruissellement, afin d’explorer l’impact de leurs caractéristiques sur les crues?3) Compte tenu des changements climatiques à l’œuvre dans la région, à quelles tendances hydro-climatiques peut-on s’attendre dans le futur ?Dans un premier temps, on évalue l’évolution des crues en Afrique de l’Ouest au cours des soixante dernières années en utilisant de méthodes basées sur la théorie de valeurs extrêmes. Les résultats montrent une augmentation forte des événements hydrologiques extrêmes depuis les années 1970s dans les sous-bassins Sahéliens du fleuve Niger et depuis les années 1980s dans les sous-bassins soudano-guinéens du fleuve Sénégal. Les niveaux de retour calculés à partir des modèles non-stationnaires dépassent ceux qui ont été calculés avec un modèle stationnaire avec plus de 95% de certitude pour les périodes de retour les plus courtes (<10 ans).On présente ensuite des développements récents apportés à un simulateur stochastique d’orages de mousson à meso-échelle (StochaStorm). Ils incluent: une modélisation de l’occurrence de ces orages, la représentation explicite des valeurs de pluie extrêmes et une amélioration du schéma temporel d’intensité infra-événementielle. Implémenté et évalué à partir des donnés haute-résolution de l’observatoire AMMA-CATCH, le générateur montrent de très bonnes capacités à reproduire les propriétés des orages, confirmant son potentiel pour des études d’impact hydrologique.Enfin, une chaîne de modélisation est élaborée afin de proposer des projections hydrologiques pour le futur sur un bassin sahélien de meso-échelle (Dargol, 7000 km²). L’originalité de cette chaîne provient de la prise en compte du continuum d’échelles entre climat global et impact local à travers la représentation du régime des pluies à l’échelle des orages de mousson, dont les propriétés d’occurrence et d’intensité ont des impacts majeurs sur la réponse hydrologique. La chaîne de modélisation inclut le modèle climatique CP4-Africa, unique modèle à convection explicite fournissant des simulations de long terme en Afrique ; une méthode de débiaisage statistique; le simulateur Stochastorm ; et un modèle pluie-débit spécifiquement adapté aux processus hydrologique sahéliens. La chaine est évaluée sur une période de contrôle 1997-2006 puis utilisée pour des projections futures montrant une hausse par un facteur 1,5 des débits maximum annuels et un doublement des volumes moyens annuels à l’horizon 2100.Les résultats ont des implications majeures notamment pour l’ingénierie hydrologique. Les méthodes actuellement utilisées pour appréhender les risques hydrologiques dans la région ne prennent pas en compte la non-stationnarité hydro-climatique risquant de sous-évaluer l’aléa hydrologique et sous-dimensionner les ouvrages hydrauliques utilisés pour s’en protéger. La thèse suggère aussi quelques pistes afin mieux définir les trajectoires hydrologiques passées et futures en incluant, au-delà des précipitations, les changements sociétaux et environnementaux, leurs interactions et rétroactions dans les approches de modélisation
The semi-arid regions of West Africa are known for their dry conditions which have predominated since the 1970s. In recent years, however, West Africa has witnessed a series of severe flooding events which caused widespread fatalities and socioeconomic damages. The emergence of this new problem demonstrates the sensitivity of the region to changes in the hydroclimatic system and calls for an improved characterization of flood hazard and the mechanisms that generate it. It also signals the need to develop projections for how flood hazard may evolve in the future in order to inform appropriate adaptation measures.In this context, the following PhD thesis seeks to answer three main questions:1) Is there a significant trend in extreme streamflow in West Africa, or are the documented flooding events isolated incidences?2) How can one model mesoscale convective systems, the primary driver of runoff in the region, in order to explore the properties of precipitation that drive streamflow?3) Based on potential climate change in the region, what trends might be observed in streamflow in the future?First, changes in extreme hydrological events West Africa over the past 60 years are evaluated by applying non-stationary methods based on extreme value theory. Results show a strong increasing trend in extreme hydrological events since the 1970s in the Sahelian Niger River basin and since the 1980s in the Sudano-Guinean catchments in the Senegal River basin. Return levels calculated from non-stationary models are determined to exceed those calculated from a stationary model with over 95% certainty for shorter return periods (<10 years).Next, recent developments are presented for a stochastic precipitation simulator (Stochastorm) designed for modeling mesoscale convective storms, the main rainfall source in the Sahel. Developments include a model for storm occurrence, the explicit representation of extreme rainfall values, and an improvement in the modeling of sub-event intensities. Using high-resolution data from the AMMA-CATCH observatory, simulation outputs were confirmed to realistically represent key characteristics of MCSs, showing the simulator’s potential for use in impact studies.Finally, a modeling chain for producing future hydrological projections is developed and implemented in a Sahelian river basin (Dargol, 7000km2). The chain is original as it is the first attempt in West Africa to encompass the continuum of scales from global climate to convective storms, whose properties have major impacts on hydrological response and as a result local flood risk. The modeling chain components include the convection-permitting regional climate model (RCM) CP4-Africa, the only RCM (to date) explicitly resolving convection and providing long-term simulations in Africa; a bias correction approach; the stochastic precipitation generator Stochastorm; and a rainfall-runoff model specifically developed for Sahelian hydrological processes. The modeling chain is evaluated for a control period (1997-2006) then for future projections (ten years at the end of the 21st century). Hydrological projections show that peak annual flow may become 1.5-2 times greater and streamflow volumes may double or triple on average near the end of the 21st century compared to 1997-2006 in response to projected changes in precipitation.The results raise critical issues notably for hydrological engineering. Current methods used to evaluate flood risk in the region do not take non-stationarity into account, leading to a major risk of underestimating potential floods and undersizing the hydraulic infrastructure designed for protecting against them. It is also suggested to not only consider rainfall changes but also societal and environmental changes, interactions, and feedbacks in order to better attribute past hydrological hazards and their future trajectories to related causes

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Ramond, Sterenn. "Réponses hydrologiques de la Loire moyenne aux changements environnementaux. : formation des débits et fonctionnement d’une plaine alluviale : approches hydrologiques et géochimiques multi-scalaires". Thesis, Paris 8, 2015. http://www.theses.fr/2015PA080102/document.

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L’objectif de cette thèse est d’analyser, à différentes échelles de temps et d’espace, les transferts d’eau depuis la Loire amont jusqu’au Bassin Parisien, et entre la Loire moyenne et sa nappe alluviale. Les méthodes mises en œuvre sont l’étude statistique des débits journaliers en Loire moyenne (148 années de données) et le suivi géochimique (éléments majeurs, ¹⁸O et ²H) de la Loire et de ses affluents des bassins amont. Le suivi piézométrique et géochimique d’un site-atelier (méandre de Guilly, Val d’Orléans) a permis d’étudier finement les relations saisonnières entre la Loire et sa nappe alluviale, entre 2010 et 2012. Les débits annuels à Blois présentent une stabilité temporelle, au-delà de leur variabilité interannuelle. Des évolutions sont, néanmoins, notables dans l’occurrence des saisons hydrologiques et des débits à pleins bords, ou encore les plus faibles débits d’étiage.Si le suivi géochimique n’a pu préciser les apports, hydrologiquement complexes, de l’Allier à la Loire moyenne, l’importance des affluents de la Loire bourbonnaise, en période de hautes eaux, a été mise en évidence, et notamment les apports des affluents drainant le Morvan.En Loire moyenne, le fleuve est connecté à l’ensemble de sa plaine alluviale, à travers ses échanges avec sa nappe d’accompagnement. La nappe alluviale est rechargée par les eaux de la Loire en période de hautes eaux et se décharge lorsque les lignes d’eau s’abaissent. Les forts débits annuels de la Loire sont donc indispensables pour conserver un fonctionnement hydrologique dynamique et abondant.Cette approche globale a permis de démontrer des fonctionnements hydrologiques de la Loire, seulement ressentis jusqu’alors
The aim of this PhD thesis was to analyze water transfer at several time and spatial scales, from upper Loire River basin to the Paris Basin, and between the middle Loire River basin and the alluvial aquifer. The main approaches were (1) the statistical analysis of hydrological time series of the Middle Loire River (148 years data) and (2) the geochemistry (major elements,¹⁸O et ²H) of the Loire River and its tributaries. At a meander scale along the Middle Loire River, the alluvial aquifer were studied by monitoring the groundwater and the river at hourly time step (2010-2012).The annual discharge data of the Loire River at Blois show an important stability, despite its interannual variability. However, evolutions are observable in the occurrence of hydrological seasons and of full-bank discharge, as well as in smaller low-water flows. Discharge inputs from the Allier River in the Middle Loire River flows could not be shown by geochemical tracers due to the hydrological complexity. Nevertheless, during the high flow periods, the importance of tributary supply is highlighted in the Bourbonnais part of the Loire River, between Roanne and Nevers, in particular the tributaries flowing from the Morvan.The Middle Loire River is connected to the alluvial plain where exchanges occur between the river water and groundwater from the alluvial aquifer. During peak flow events, the aquifer may be recharged by the Loire River while the aquifer discharges when the river water level lowers, regardless of the hydrological season. Such higher annual discharges of the Loire River are necessary to preserve a dynamic and abundant hydrological functioning of the hydrological system

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Tesis sobre el tema "Changement hydrologique"

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