Дисертації з теми "Petits bassins versants"

Les méthodes de prédétermination de débits de crues proposées par le Ministère de l'Agriculture (Socose et Crupedix) ainsi que celle de la Sogreah ont été établies à partir de synthèse à l'échelle nationale. Dans cette étude, nous avons été amenés à aborder le problème par une approche régionale dans le but d'améliorer la précision des résultats ou d'en faciliter l'évaluation. En premier lieu, une analyse statistique a permis d'estimer les débits de crues de période de retour 2, 5, 10 et 20 ans d'après les observations. Ensuite, un essai de synthèse régionale est propose dans la deuxième partie. Des modèles inspires des notions de l'hydrologie analytique du type Socose et des modèles à base de régression du type Crupedix ont été successivement testes. Les modèles proposés dans cette étude n'ont pas apporté d'amélioration sensible au niveau de la précision des résultats. Cependant, ils présentent l'avantage d'une manipulation plus simple avec pourtant un même ordre de précision

Les fortes crues des petits bassins saheliens se caracterisent par une preponderance du ruissellement superficiel par rapport aux autres types d'ecoulements (ecoulement retarde, ecoulement de base). Cette caracteristique peut s'expliquer par l'homogeneite des formes des fortes pluies, mais aussi par l'absence de nappe souterraine proche de la surface et par les particularites des organisations pelliculaires de l'horizon superficiel du sol. Ces differents facteurs font du sahel une region ideale pour l'application du concept d'hydrogramme unitaire, avec comme objectif l'analyse et la predetermination des fortes crues. Plusieurs modeles fondes sur la technique de l'hydrogramme unitaire sont presentes. Ils se differencient par l'expression analytique de la fonction de production et par la methode d'identification de la fonction de transfert. Ces modeles sont appliques aux donnees de huit petits bassins versants de superficie inferieure a 100 km#2. Cette application permet de delimiter le domaine de validite de ce type de modelisation. Une methode de predetermination de crues sur des bassins non jauges est proposee. Les hypotheses de base de cette methode sont confirmees par des resultats de la modelisation

Le design des ouvrages hydroagricoles nécessite la détermination des débits de crue et des volumes de ruissellement. Les méthodes d'estimation utilisées au Québec n'ont pas été validées sur des petits bassins versants agricoles. Cette étude avait pour objectif de proposer et de valider une méthode d'estimation des débits de crue et des volumes de ruissellement adaptée aux conditions agro-climatiques québécoises. Elle s’est appuyée sur l’analyse, réalisée à l’aide du logiciel VisuHydro (Lagacé, 2012b), de plus de 700 hydrogrammes provenant de douze petits bassins versants (3 à 30 km2). Les propriétés des hydrogrammes telles que la hauteur de ruissellement, les paramètres de forme de l'hydrogramme, le temps de montée et les débits de pointe ont été déterminées et comparées aux estimations des modèles utilisés présentement au Québec. Les méthodes d'estimation des temps de concentration (Kirpich, SCS Lag, Mockus, Bansby-Williams) et de la hauteur de ruissellement (SCS) se sont montrées non valides.

Pour lutter contre la pollution issue du milieu agricole, il importe de bien la connaître et quantifier, mais surtout d’aider les agriculteurs à adopter des techniques de gestion du territoire appropriées et de bonnes pratiques agricoles. L’utilisation d’un modèle permettant de simuler l’impact des pratiques de gestion sur la qualité des eaux des cours d’eau constituerait un outil d’aide à la décision très important, notamment avec la problématique spécifique aux petits bassins versants ruraux. En effet, les petits bassins sont difficiles à modéliser, faisant souvent l’objet de peu, voire d’aucun suivi au niveau des débits et de la qualité de l’eau. Le modèle utilisé dans cette étude, qui commence à être appliqué au Québec, s’appelle Soil and Water Assessment Tool (SWAT), un modèle fortement paramétré. Mais la modélisation à l’échelle de bassin versant est entravée par beaucoup d’incertitude comme des processus inconnus du modélisateur, des processus non pris en compte par le modèle et des simplifications de processus par le modèle. Le défi est d’autant plus grand dans le cas d’une évaluation journalière de la performance du modèle: les bonnes performances journalières de SWAT avec peu de données sont rares. Or, dans un petit bassin versant où la réponse aux événements est très rapide, un pas de temps plus petit, notamment journalier, est plus adéquat pour préserver le comportement hydrologique du bassin et la variance des données et observer les effets produits sur la qualité de l’eau. Par ailleurs, la méthode de conversion des données journalières en données mensuelles ou annuelles modifie énormément le caractère des données et par conséquent les résultats d’interprétation malgré l’obtention de bonnes performances. Pour relever ce défi, la présente étude se fixe pour but d’améliorer la performance journalière en modélisation de la qualité de l’eau dans les petits bassins agricoles avec peu de données avec un modèle fortement paramétré. Ainsi, nos objectifs sont articulés autour des deux points suivants : 1) proposer une nouvelle méthodologie de calage, optimisant à la fois les débits (Q) et les charges de Matières En Suspension (MES) et du Phosphore Total (PT), sur de petits bassins versants avec peu de données, afin d’obtenir une meilleure performance journalière et 2) appliquer notre méthodologie à un petit bassin agricole avec peu de données et proposer des scénarios agricoles réalistes. La nouvelle méthodologie de modélisation proposée est issue de l’évaluation des deux approches de calage avec SWAT, uni-objective et multi-objective, ainsi que de la résolution des problèmes tout au long des calages, dont une biomasse mal représentée, une absence d’eau dans les drains, un ruissellement de surface trop élevé, un bilan de masses déséquilibré et une perte de performance des débits. Même si la performance journalière de modélisation des MES et du P total obtenue n’est pas encore optimale, elle a pu être améliorée grâce à notre méthodologie. Les résultats produits sont aussi réalistes que possible et montrent que (i) la performance du modèle dépend non seulement du choix de l’approche de calage, mais essentiellement des paramètres influents; (ii) le calage multi-objectif en considérant tous les paramètres influant sur les variables considérées est la meilleure approche pour modéliser Q, MES et PT; (iii) le changement de poids affectés aux fonctions-objectif n’a pas amélioré la performance du modèle, (iv) avec une optimisation uni-objective, une excellente performance du modèle en qualité de l’eau peut cacher une grande détérioration de la performance des débits et des composantes hydrologiques internes déséquilibrées; (v) malgré un bon pré-ajustement du bilan hydrologique annuel, le bilan de masses à l’intérieur des URH peut être complètement débalancé; (vi) et les ajustements manuels après calage de certains paramètres et la modification de certaines routines dans l’exécutable du modèle ont pu rehausser énormément la performance en qualité de l’eau. Notre nouvelle méthodologie a été appliquée sur le bassin versant Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Québec, Canada. Par la suite, de meilleures pratiques agricoles visant l’objectif de réduction du P total dans le site étudié ont été simulées (modalités d’épandage des engrais, travail du sol, conversion de cultures…).
Pour lutter contre la pollution issue du milieu agricole, il importe de bien la connaître et quantifier, mais surtout d’aider les agriculteurs à adopter des techniques de gestion du territoire appropriées et de bonnes pratiques agricoles. L’utilisation d’un modèle permettant de simuler l’impact des pratiques de gestion sur la qualité des eaux des cours d’eau constituerait un outil d’aide à la décision très important, notamment avec la problématique spécifique aux petits bassins versants ruraux. En effet, les petits bassins sont difficiles à modéliser, faisant souvent l’objet de peu, voire d’aucun suivi au niveau des débits et de la qualité de l’eau. Le modèle utilisé dans cette étude, qui commence à être appliqué au Québec, s’appelle Soil and Water Assessment Tool (SWAT), un modèle fortement paramétré. Mais la modélisation à l’échelle de bassin versant est entravée par beaucoup d’incertitude comme des processus inconnus du modélisateur, des processus non pris en compte par le modèle et des simplifications de processus par le modèle. Le défi est d’autant plus grand dans le cas d’une évaluation journalière de la performance du modèle: les bonnes performances journalières de SWAT avec peu de données sont rares. Or, dans un petit bassin versant où la réponse aux événements est très rapide, un pas de temps plus petit, notamment journalier, est plus adéquat pour préserver le comportement hydrologique du bassin et la variance des données et observer les effets produits sur la qualité de l’eau. Par ailleurs, la méthode de conversion des données journalières en données mensuelles ou annuelles modifie énormément le caractère des données et par conséquent les résultats d’interprétation malgré l’obtention de bonnes performances. Pour relever ce défi, la présente étude se fixe pour but d’améliorer la performance journalière en modélisation de la qualité de l’eau dans les petits bassins agricoles avec peu de données avec un modèle fortement paramétré. Ainsi, nos objectifs sont articulés autour des deux points suivants : 1) proposer une nouvelle méthodologie de calage, optimisant à la fois les débits (Q) et les charges de Matières En Suspension (MES) et du Phosphore Total (PT), sur de petits bassins versants avec peu de données, afin d’obtenir une meilleure performance journalière et 2) appliquer notre méthodologie à un petit bassin agricole avec peu de données et proposer des scénarios agricoles réalistes. La nouvelle méthodologie de modélisation proposée est issue de l’évaluation des deux approches de calage avec SWAT, uni-objective et multi-objective, ainsi que de la résolution des problèmes tout au long des calages, dont une biomasse mal représentée, une absence d’eau dans les drains, un ruissellement de surface trop élevé, un bilan de masses déséquilibré et une perte de performance des débits. Même si la performance journalière de modélisation des MES et du P total obtenue n’est pas encore optimale, elle a pu être améliorée grâce à notre méthodologie. Les résultats produits sont aussi réalistes que possible et montrent que (i) la performance du modèle dépend non seulement du choix de l’approche de calage, mais essentiellement des paramètres influents; (ii) le calage multi-objectif en considérant tous les paramètres influant sur les variables considérées est la meilleure approche pour modéliser Q, MES et PT; (iii) le changement de poids affectés aux fonctions-objectif n’a pas amélioré la performance du modèle, (iv) avec une optimisation uni-objective, une excellente performance du modèle en qualité de l’eau peut cacher une grande détérioration de la performance des débits et des composantes hydrologiques internes déséquilibrées; (v) malgré un bon pré-ajustement du bilan hydrologique annuel, le bilan de masses à l’intérieur des URH peut être complètement débalancé; (vi) et les ajustements manuels après calage de certains paramètres et la modification de certaines routines dans l’exécutable du modèle ont pu rehausser énormément la performance en qualité de l’eau. Notre nouvelle méthodologie a été appliquée sur le bassin versant Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Québec, Canada. Par la suite, de meilleures pratiques agricoles visant l’objectif de réduction du P total dans le site étudié ont été simulées (modalités d’épandage des engrais, travail du sol, conversion de cultures…).
It is important to know and quantify diffuse pollution, and especially to help farmers to adopt best management practices. In order to control river pollution, a model simulating the fate of pollutants and identifying the best management practices can be of a great help, especially for small rural watersheds, which are increasingly polluted but rarely or not monitored. The model in this study, which begins to be used in Quebec, is the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a highly parameterized model. Calibration of models at the watershed scale is challenging because of the possible uncertainties that may exist in the form of process simplification, processes not accounted for by the model, and processes in the watershed that are unknown to the modeller. The challenge is even greater in the case of a daily evaluation of model performance on small agricultural watersheds with limited data. With SWAT, only few case studies have been conducted on small agricultural watersheds with limited data. The time step in water quality modelling is usually monthly or annual and good fits are rarely obtained using a daily time step, given the scarcity of data. However, a daily time step better represents the dynamics of pollutants in the river especially for the fast reacting small watersheds and provides more realistic simulation results. So, to improve daily performance in modelling water quality in small agricultural basins with limited data with a highly parameterized model, our objective is twofold: 1) to propose a methodology to obtain better daily performance in modelling flow (Q), Suspended Solids (SS) and total phosphorus (TP) in small watersheds with little data and 2) to apply the methodology to a case study for a small agricultural catchment with limited data. The proposed modelling methodology is based on the evaluation of the two calibration approaches with SWAT, single-objective and multi-objective, and the resolution of the problems encountered (misrepresented biomass, absence of water in the drains, too high surface runoff, unbalanced internal model components and a loss of performance of predicting flows). Although the daily model performance in terms of suspended solids and total P is still not optimal, it has been improved thanks to the new methodology. The results showed that (i) the model performance depends not only on the choice of calibration approach, but essentially on the selection of influential parameters; (ii) the multi-objective calibration estimating all parameters related to all measured variables at once is the best approach to model Q, TSS and TP; (iii) changing weights does not improve model performance; (iv) with a single-objective optimization, an excellent water quality modelling performance may hide a loss of performance of predicting flows and unbalanced internal model components; and (v) manual adjustments after calibration of some parameters and modifications of some software routines can greatly enhance performance in water quality. After application of the new methodology on the study area, the watershed Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Quebec, Canada, best management practices for the purpose of reduction of TP were simulated with SWAT (fertilizer application, tillage, crop conversion).
It is important to know and quantify diffuse pollution, and especially to help farmers to adopt best management practices. In order to control river pollution, a model simulating the fate of pollutants and identifying the best management practices can be of a great help, especially for small rural watersheds, which are increasingly polluted but rarely or not monitored. The model in this study, which begins to be used in Quebec, is the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a highly parameterized model. Calibration of models at the watershed scale is challenging because of the possible uncertainties that may exist in the form of process simplification, processes not accounted for by the model, and processes in the watershed that are unknown to the modeller. The challenge is even greater in the case of a daily evaluation of model performance on small agricultural watersheds with limited data. With SWAT, only few case studies have been conducted on small agricultural watersheds with limited data. The time step in water quality modelling is usually monthly or annual and good fits are rarely obtained using a daily time step, given the scarcity of data. However, a daily time step better represents the dynamics of pollutants in the river especially for the fast reacting small watersheds and provides more realistic simulation results. So, to improve daily performance in modelling water quality in small agricultural basins with limited data with a highly parameterized model, our objective is twofold: 1) to propose a methodology to obtain better daily performance in modelling flow (Q), Suspended Solids (SS) and total phosphorus (TP) in small watersheds with little data and 2) to apply the methodology to a case study for a small agricultural catchment with limited data. The proposed modelling methodology is based on the evaluation of the two calibration approaches with SWAT, single-objective and multi-objective, and the resolution of the problems encountered (misrepresented biomass, absence of water in the drains, too high surface runoff, unbalanced internal model components and a loss of performance of predicting flows). Although the daily model performance in terms of suspended solids and total P is still not optimal, it has been improved thanks to the new methodology. The results showed that (i) the model performance depends not only on the choice of calibration approach, but essentially on the selection of influential parameters; (ii) the multi-objective calibration estimating all parameters related to all measured variables at once is the best approach to model Q, TSS and TP; (iii) changing weights does not improve model performance; (iv) with a single-objective optimization, an excellent water quality modelling performance may hide a loss of performance of predicting flows and unbalanced internal model components; and (v) manual adjustments after calibration of some parameters and modifications of some software routines can greatly enhance performance in water quality. After application of the new methodology on the study area, the watershed Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Quebec, Canada, best management practices for the purpose of reduction of TP were simulated with SWAT (fertilizer application, tillage, crop conversion).

Un modèle d'exportation d'azote a été développé pour fournir un outil opérationnel d'estimation des masses produite en contexte méditerranéen. Le modèle, dénommé POL, est de type conceptuel distribué. Il repose sur un découpage du bassin en unités de production (les sous-bassins versants) dont le flux est contrôlé par un paramètre F et en unités de transport (les biefs de rivières) qui véhiculent les flux produits sur les sous-bassins. La dynamique des flux d'azote dans les biefs est contrôlée par un paramètre T. Les 2 paramètres F et T du modèle POL sont définis globalement sur le bassin. Les flux générés sur les sous-bassins versants dépendent également du stock d'azote potentiellement mobilisable lors d'un épisode de pluie. On suppose que cette grandeur conceptuelle est liée à l'occupation du sol et aux pratiques culturales. Le modèle peut être utilisé en mode événementiel ou en mode continu.
La sensibilité des réponses du modèle événementiel aux valeurs des paramètres est tout d'abord analysée sur un bassin élémentaire. Le modèle POL est ensuite appliqué sur 4 bassins versants d'une cinquantaine de km² situés dans l'Hérault (France).
Les résultats obtenus après la phase de calage et de vérification montrent la capacité du modèle événementiel à reproduire les flux d'azote générés lors des épisodes de crue. Le modèle utilisé en continu fournit une estimation des exportations d'azote avec un degré d'incertitude acceptable pour un premier diagnostic des apports annuels des bassins.

Pour lutter contre la pollution issue du milieu agricole, il importe de bien la connaître et quantifier, mais surtout d’aider les agriculteurs à adopter des techniques de gestion du territoire appropriées et de bonnes pratiques agricoles. L’utilisation d’un modèle permettant de simuler l’impact des pratiques de gestion sur la qualité des eaux des cours d’eau constituerait un outil d’aide à la décision très important, notamment avec la problématique spécifique aux petits bassins versants ruraux. En effet, les petits bassins sont difficiles à modéliser, faisant souvent l’objet de peu, voire d’aucun suivi au niveau des débits et de la qualité de l’eau. Le modèle utilisé dans cette étude, qui commence à être appliqué au Québec, s’appelle Soil and Water Assessment Tool (SWAT), un modèle fortement paramétré. Mais la modélisation à l’échelle de bassin versant est entravée par beaucoup d’incertitude comme des processus inconnus du modélisateur, des processus non pris en compte par le modèle et des simplifications de processus par le modèle. Le défi est d’autant plus grand dans le cas d’une évaluation journalière de la performance du modèle: les bonnes performances journalières de SWAT avec peu de données sont rares. Or, dans un petit bassin versant où la réponse aux événements est très rapide, un pas de temps plus petit, notamment journalier, est plus adéquat pour préserver le comportement hydrologique du bassin et la variance des données et observer les effets produits sur la qualité de l’eau. Par ailleurs, la méthode de conversion des données journalières en données mensuelles ou annuelles modifie énormément le caractère des données et par conséquent les résultats d’interprétation malgré l’obtention de bonnes performances. Pour relever ce défi, la présente étude se fixe pour but d’améliorer la performance journalière en modélisation de la qualité de l’eau dans les petits bassins agricoles avec peu de données avec un modèle fortement paramétré. Ainsi, nos objectifs sont articulés autour des deux points suivants : 1) proposer une nouvelle méthodologie de calage, optimisant à la fois les débits (Q) et les charges de Matières En Suspension (MES) et du Phosphore Total (PT), sur de petits bassins versants avec peu de données, afin d’obtenir une meilleure performance journalière et 2) appliquer notre méthodologie à un petit bassin agricole avec peu de données et proposer des scénarios agricoles réalistes. La nouvelle méthodologie de modélisation proposée est issue de l’évaluation des deux approches de calage avec SWAT, uni-objective et multi-objective, ainsi que de la résolution des problèmes tout au long des calages, dont une biomasse mal représentée, une absence d’eau dans les drains, un ruissellement de surface trop élevé, un bilan de masses déséquilibré et une perte de performance des débits. Même si la performance journalière de modélisation des MES et du P total obtenue n’est pas encore optimale, elle a pu être améliorée grâce à notre méthodologie. Les résultats produits sont aussi réalistes que possible et montrent que (i) la performance du modèle dépend non seulement du choix de l’approche de calage, mais essentiellement des paramètres influents; (ii) le calage multi-objectif en considérant tous les paramètres influant sur les variables considérées est la meilleure approche pour modéliser Q, MES et PT; (iii) le changement de poids affectés aux fonctions-objectif n’a pas amélioré la performance du modèle, (iv) avec une optimisation uni-objective, une excellente performance du modèle en qualité de l’eau peut cacher une grande détérioration de la performance des débits et des composantes hydrologiques internes déséquilibrées; (v) malgré un bon pré-ajustement du bilan hydrologique annuel, le bilan de masses à l’intérieur des URH peut être complètement débalancé; (vi) et les ajustements manuels après calage de certains paramètres et la modification de certaines routines dans l’exécutable du modèle ont pu rehausser énormément la performance en qualité de l’eau. Notre nouvelle méthodologie a été appliquée sur le bassin versant Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Québec, Canada. Par la suite, de meilleures pratiques agricoles visant l’objectif de réduction du P total dans le site étudié ont été simulées (modalités d’épandage des engrais, travail du sol, conversion de cultures…).
It is important to know and quantify diffuse pollution, and especially to help farmers to adopt best management practices. In order to control river pollution, a model simulating the fate of pollutants and identifying the best management practices can be of a great help, especially for small rural watersheds, which are increasingly polluted but rarely or not monitored. The model in this study, which begins to be used in Quebec, is the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a highly parameterized model. Calibration of models at the watershed scale is challenging because of the possible uncertainties that may exist in the form of process simplification, processes not accounted for by the model, and processes in the watershed that are unknown to the modeller. The challenge is even greater in the case of a daily evaluation of model performance on small agricultural watersheds with limited data. With SWAT, only few case studies have been conducted on small agricultural watersheds with limited data. The time step in water quality modelling is usually monthly or annual and good fits are rarely obtained using a daily time step, given the scarcity of data. However, a daily time step better represents the dynamics of pollutants in the river especially for the fast reacting small watersheds and provides more realistic simulation results. So, to improve daily performance in modelling water quality in small agricultural basins with limited data with a highly parameterized model, our objective is twofold: 1) to propose a methodology to obtain better daily performance in modelling flow (Q), Suspended Solids (SS) and total phosphorus (TP) in small watersheds with little data and 2) to apply the methodology to a case study for a small agricultural catchment with limited data. The proposed modelling methodology is based on the evaluation of the two calibration approaches with SWAT, single-objective and multi-objective, and the resolution of the problems encountered (misrepresented biomass, absence of water in the drains, too high surface runoff, unbalanced internal model components and a loss of performance of predicting flows). Although the daily model performance in terms of suspended solids and total P is still not optimal, it has been improved thanks to the new methodology. The results showed that (i) the model performance depends not only on the choice of calibration approach, but essentially on the selection of influential parameters; (ii) the multi-objective calibration estimating all parameters related to all measured variables at once is the best approach to model Q, TSS and TP; (iii) changing weights does not improve model performance; (iv) with a single-objective optimization, an excellent water quality modelling performance may hide a loss of performance of predicting flows and unbalanced internal model components; and (v) manual adjustments after calibration of some parameters and modifications of some software routines can greatly enhance performance in water quality. After application of the new methodology on the study area, the watershed Ruisseau du Portage, 21.41 km2, Quebec, Canada, best management practices for the purpose of reduction of TP were simulated with SWAT (fertilizer application, tillage, crop conversion).

Le sud de la France est soumis à des crues éclair engendrées par de fortes précipitations automnales. L'évolution de ces événements avec le changement climatique est un enjeu clef pour cette région à forte dynamique démographique. L'étude de ces évolutions est freinée par la différence d'échelle entre les modélisations hydrologique et climatique. L'objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie capable de réaliser ce changement d'échelles et adaptée aux crues éclair des petits bassins versants au sud de la France. Le bassin versant du Lez est le bassin d'étude. Un modèle climatique régional à haute résolution fournit les précipitations futures sur le bassin d'étude. Les premiers résultats sur la période future suggèrent que l'intensité des crues éclair du bassin versant du Lez est susceptible d'augmenter. Cependant, ces résultats dépendent fortement du choix du modèle climatique et de l'état hydrique du bassin dont les évolutions sont méconnues
The Mediterranean region of southern France experiences extreme autumn rainfall, sometimes leading to violent flash floods. The evolution of these floods under the influence of climate change is a key question for the Mediterranean region, where a rapidly growing population puts human lives at stake. The difference in scale between the resolution of climate model outputs and hydrological impacts is a challenge for the study of flash floods in a future climate. The goal of this doctoral thesis is to propose a methodology adapted to the study of climate change impacts on flash floods in the small Mediterranean catchments of southern France. The Lez catchment near Montpellier was selected for a case study. Early results suggest that the intensity of flash floods may increase in the Lez catchment in a future climate. However these results are heavily dependent on the choice of the climate model used to simulate changes in precipitation and the evolution of future soil conditions, which were not taken into account in this study

Les objectifs principaux de ce travail étaient d'évaluer l'export de carbone d'une petite île volcanique sous climat tropical humide (Guadeloupe, Petites Antilles), d'estimer l'impact des événements météorologiques extrêmes sur cette exportation, et de déterminer les sources de carbone organique en étiage et crue de ces petites rivières. L'étude s'est portée sur des échantillons d'eau de rivière, de sols et de solutions de sols. Il a été déterminé les concentrations (COD, COP, CID), les compositions isotopiques en carbone (δ¹³C), et caractérisé la matière organique dissoute par spectrométrie UV-Vis dans ces différents compartiments. Les résultats ont montré que les flux spécifiques annuels de 5. 4 et 7. 8 tC. Km⁻². An⁻¹ respectivement pour le COD et le COI sont comparables aux flux spécifiques des grands fleuves. Pour les petites rivières de Guadeloupe, l'export de carbone organique total est plus important que celui de carbone inorganique (12. 4 t. Km⁻². An⁻¹), montrant ainsi l'importance du carbone organique dans le cycle global du carbone. L'export de carbone durant les événements météorologiques extrême représente environ 15% de Pexport de COD, 20% de l'export de COP et 5% de Pexport de CID. Les sources principales de COP sont la litière et les horizons superficiels des sols. Les sources de COD dépendent de l'état hydrologique de la rivière. En étiage le COD vient essentiellement des écoulements de nappe des sols (identification grâce aux solutions de sol collectées par les lysimètres). En crues le COD vient du ruissellement et des écoulements hypodermiques des couches superficielles du sol (identification par les solutions de sol obtenues par extraction en laboratoire)
The main purposes of this work were to evaluate the carbon export of small mountainous rivers from tropical volcanic island (Guadeloupe, French West Indies), and to estimate the impact of extreme meteorological events on this export, and to identify the sources of organic carbon during the different hydrological stages of the rivers (low water level and floods). We carried out a detail study on stream waters, soils and soil solutions. We have analyzed the concentrations of carbon (DOC, POC, DIC) and the carbon isotopic composition (δ¹³C), as well as the spectroscopic (UV-Vis) characteristics of dissolved organic matter. The results have shown that the specific annual fluxes of DOC, POC and DIC were respectively of 5. 4, 7. 8 and 12. 4 tC km⁻². An⁻¹. The organic carbon fluxes of Guadeloupean rivers are similar to the reported export from large rivers. The export of total organic carbon from Guadeloupean rivers is more important than the export of inorganic carbon, indicating the major implication of organic carbon to the global carbon cycle. The carbon export during extreme meteorological events (instantaneous discharge more than 30 m³ s⁻¹) represents 15%, 20% and 5% of the annual export of DOC, POC an DIC, respectively. The main sources of POC are litter and soil surface layers. The sources of DOC vary with the hydrological stages (low water level and floods). During low water level, the rivers are mainly fed by the groundwater (identified by soil solution collected by lysimeters). During floods, the DOC mainly comes from the quick flow and hypodermic flow of soil surface layers (identified by soil solution obtained by extraction in laboratory)

Dans le nord ouest du Bassin Parisien ainsi que dans de nombreuses zones cultivées de la ceinture loessique du nord de l'Europe, des problèmes économiques et environnementaux graves dus à l'érosion des sols sont de plus en plus fréquents. Les conditions à la surface du sol, i. E. La structure de surface, la rugosité et le couvert végétal, jouent un rôle majeur sur les capacités d'infiltration, et la sensibilité à l'érosion. La connaissance et la compréhension de l'hétérogénéité spatiale et de la dynamique temporelle de ces conditions de surface sont des points clé pour la modélisation de l'érosion hydrique des sols cultivés. L'objectif de cette étude est l'élaboration d'un modèle d'érosion à l'échelle du bassin versant qui intègre ces connaissances. A cet effet, de récentes expérimentations ont fourni des références quantitatives de taux de ruissellement et d'érosion à différentes échelles et pour différentes situations en termes de caractéristiques climatiques, d'état de surface, d'occupation du sol et de pratiques agricoles. Ces références ont été utilisées afin de développer des règles de décisions qui permettent d'évaluer la capacité d'infiltration, la concentration potentielle en sédiment du ruissellement et la sensibilité à l'incision des parcelles agricoles. Un réseau de circulation du ruissellement élaboré à partir du modèle numérique d'altitude combiné avec des informations sur les motifs agraires permet de calculer la hauteur d'eau ruisselée, le transport de sédiment par érosion diffuse ainsi que la localisation et la quantification de l'érosion linéaire en tout point du bassin versant.

Les matières en suspension (MES) participent à la dégradation des systèmes aquatiques. Les objectifs de la thèse sont d'expliquer la dynamique des MES pour des petits bassins versants en région d'élevage et d'en identifier les origines. L'étude porte sur trois bassins versants su schiste présentant une gestion des bords de cours d'eau différente. La dynamique des MES est considérée à travers la variabilité de la relation concentration en MES-débit. L'origine des MES est d'abord perçue à partir de l'interprétation de ces relations, puis évaluée par des méthodes directes : mesures de 137Cs et traçage géochimique des sources. Sur les trois bassins, la dynamiques des MES repose en partie sur des processus liés à l'hydrologie. Sur deux des bassins versants, la dégradation des zones ripariennes par le bétail particules fournit des MES, même hors crue. L'identification du bétail comme facteur de la dynamique des MES devrait permetttre de proposer des aménagements pour limiter la production de MES
Suspended sediments (SS) are responsible for aquatic habitat degradation. The objectives of this work are to explain the SS dynamics on small agricultural catchments and to identify particle origin. This study focuses on three catchments that have different bank degradation. SS dynamics are studied using SS concentration-discharge relationship. SS origin is assessed by the interpretation of these relationships and by direct methods : 137Cs measures, SS-sources fingerprinting. SS dynamics depend on hydrological processes. But on two catchments, particles also comme from the degradation of the riparian areas by cattle trampling, without link with the hydrology. This conclusion was confirmed both by 137Cs measures on riparian areas and by fingerprinting SS sources. Territory management would suggest an arrangement that integrates cattle as a determining parameter in SS dynamics

Cette thèse s’intéresse, d'une part, à la mesure et à la description des flux de MES dans un petit bassin versant agricole, d'autre part, à leur mise en relation avec les origines des MES, les déterminants climatiques et l’ordre des cours d’eau. Les flux de MES sont suivis depuis plusieurs années à l’exutoire du bassin versant du Moulinet (4,5 km2, Basse- Normandie) ; l’Oir, rivière d’ordre supérieur (bassin de 87 km2), a été instrumentée dans le cadre de cette thèse. Outre la mesure du charriage qui permet de déterminer le critère de mobilisation des particules du fond du ruisseau, la mesure des [MES] à partir de la turbidité a été approfondie. La dynamique temporelle des MES a été analysée par différentes approches (relation [MES]-débit, statistique, modélisation) à différentes échelles de temps (année, saison et mois, jour, crue). Une première comparaison de fonctionnement hydrologique entre le bassin versant du Moulinet et de l’Oir a été aussi réalisée
The study was performed on the Moulinet and the Oir streams watershed, in Lower-Normandie region. The watershed area is 4,53 km2 and 87 km2 respectively. The main objectives are: 1) to measure and describe the temporal dynamics of the SSC, and 2) to relate these dynamics with the SS origins, the climatic determinants and the stream's order. The measuring of bed-load premises to determine the criterion for mobilizing particles from stream's bottom. The measurement of suspended sediment concentration (SSC) through the water turbidity was deepened. The SSC temporal dynamics was analyzed by different approaches: relationship SSC-discharge, statistic analysis and modeling with different time scale (year, month, season, day and flood scale). A first comparison of the hydrological response between the catchment of Moulinet and the Oir was presented

L'objectif de cette etude est de proposer a l'amenageur un outil susceptible de generer des scenarios de crues vraisemblables afin de simuler les risques courus par l'ouvrage projete. On vise a appliquer cette methode sur des petits bassins cristallins mediterraneens. La methode developpee au cours de ce travail est basee sur la simulation de hyetogrammes horaires sur une longue periode (mille ans, par exemple) puis sur la transformation de la pluie en debit grace a un modele pluie-debit a trois parametres. Nous sortons du cadre traditionnel, qui affecte la meme recurrence a l'ensemble des parametres descriptifs d'une crue de projet (debit de pointe et volume), en presentant une collection d'hydrogrammes qui serviront de base de calcul des amenagements: influence des champs d'inondation, laminage dans une retenue. . . Les resultats obtenus apres simulation du fonctionnement de l'amenagement, peuvent alors etre exploites de facon frequentielle. Les premiers resultats de l'extension de la methode qui consiste en la regionalisation des parametres des modeles sont encourageants

Cette etude etablit le fonctionnement hydrogeodynamique de 3 petits bassins versants (17,5 a 120 km2) situes dans le sud du mali (zone de savane soudanienne, 1000 a 1200 mm de pluie annuelle) sur des substratums greseux (dounfing) et granitiques (djitiko et belekoni). Les flux hydriques, les bilans et les fluctuations des materiaux solides exportes en suspension et en solution sont etudies a differents pas de temps, de la crue unitaire a l'annee, et ceci pour les 2 saisons hydrologiques 1994 et 1995. Un suivi hydropluviometrique classique permet de dresser les bilans hydrologiques simplifies (pluie, debit, etr estimee) et d'apprehender les facteurs conditionnels de l'ecoulement. Les flux de matieres en suspension (mes) et dissoutes (md : ca,+, mg,+, k+, na+, cl-, no3-, so4,-, hco3-, sio2)sont obtenus a partir de nombreux prelevements et calcules suivant la methode des bilans partiels (ponderation par les debits). La granulometrie et la mineralogie des suspensions sont analysees. Les flux de mes annuels varient de 4 a 47 t/km,/an et leur plus grande part n'est le fait que de quelques crues violentes. Les flux de mes par crue sont d'ailleurs bien correles aux debits de pointe de crue. Un modele statistique simple est propose pour reconstituer les flux de mes annuels sur les petits bassins a partir des pluies journalieres. Les flux de matieres dissoutes varient de 3 a 27 t/km,/an. Les plus eleves sont enregistres au dounfing, ou les eaux sont les plus mineralisees du fait du substratum greseux et localement doleritique de ce bassin. Les flux de matieres solides sont compares, quantitativement et qualitativement, avec ceux etablis sur le bassin superieur du fleuve niger au mali. Cette mise en relation tend a montrer la pertinence d'un transfert d'echelle, en terme d'erosion hydrique mecanique et geochimique, entre petites et grandes unites hydrologiques (milliers de km,) dans cette region physiographiquement et climatiquement assez homogene.

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

Le lien entre la variabilité spatiale de la pluie et la réponse hydrologique des bassins versants devient un sujet important au moment où l'usage des images radar météorologique se développe. Ce développement soulève la question suivante : quel niveau de détails faut-il prendre en compte pour la distribution spatiale des précipitations en modélisation pluie-débit ? Cette question a été abordée par de nombreuses études mais aucune conclusion claire n'a encore été établie. L'objectif de cette thèse est d'évaluer dans quel contexte une connaissance détaillée des précipitations est pertinente pour la modélisation des débits à l'exutoire de bassins versants de quelques dizaines à quelques centaines de km² et, ceci, en procédant par simulation. Afin de limiter les erreurs de modélisation et de mesure de pluie, de contrôler la variabilité spatiale des précipitations ainsi que les caractéristiques et le fonctionnement hydrologique des bassins versants, une chaîne de simulation, comprenant un simulateur de pluie, un simulateur de bassins versants et un modèle pluie-débit distribué, a été utilisée. Deux niveaux de connaissance des champs pluvieux ont été considérés : une connaissance détaillée et une moyennée. Les résultats des tests réalisés indiquent que la prise en compte de la variabilité spatiale des champs pluvieux peut représenter une plus-value pour estimer les débits, plus-value qui est cependant dépendante des caractéristiques des champs pluvieux et des bassins versants. Une étude de cas, effectuée sur un vrai bassin versant et en utilisant des champs pluvieux mesurés par radar, nous a permis d'aborder la vérification de la pertinence des résultats obtenus par simulation.

La liaison entre la teledetection des etats de surface et l'hydrologie est etudiee sur deux sites, revelant l'importance des problemes d'echelle et la necessite d'informations hydrologiques de type versant. Sur les bassins du real collobrier (var, france) apres des corrections imposees par le fort relief, le traitement de l'imagerie satellitaire conduit a une cartographie des essences forestieres. La part d'ecoulement relative a chaque zone homogene est calculee a des pas de temps annuel, trimestriel, mensuel et sur des episodes. Une liaison coherente entre zones et types d'ecoulement est obtenue mais la signification exacte de zone homogene, et le manque d'observations hydrologiques de versant rendent la validation delicate. Sur des bassins saheliens, un traitement d'image specifique a des zones heterogenes est mis au point, base sur une detection en deux niveaux: paysage, puis etats de surface type du sahel. Le ruissellement elementaire correspondant est agrege sur le bassin versant selon le modele lineaire de l'orstom. Certaines zones non contributives en grand rendent indispensable une approche complementaire a un autre niveau d'echelle

Le premier chapitre realise une synthese des donnees recueillies pendant l'experience cevennes 86-87. Il precise egalement le pretraitement realise sur les images recueillies par le radar anatol en utilisant uniquement l'information contenue dans ces images et un modele numerique de terrain. Dans le chapitre ii, les mesures d'un disdrometre permettent de determiner une relation z-r adaptee aux evenements pluvieux, et les mesures pluviometriques sont utilisees pour corriger le mauvais etalonnage electronique du radar. Le chapitre iii concerne l'estimation de lames d'eau horaires de reference, par krigeage simple des mesures d'un reseau de pluviometres. Une attention particuliere est portee a la determination des caracteristiques statistiques des erreurs d'estimations de ces lames d'eau. Les estimations de lames d'eau par radar sont ensuite comparees aux valeurs de reference pour de petits bassins versants cevenols (chapitre iv). Les variations dans le temps, et entre bassins, des rapports entre ces lames d'eau sont analysees. La part des variations attribuables aux limites du critere de comparaison (les rapports) et aux erreurs d'estimations des lames d'eau de reference est tout d'abord determinee. Les principales sources d'erreurs de la mesure radar intervenant dans ces variations sont ensuite identifiees. Finalement, l'apport d'une prise en compte de profils verticaux de reflectivite horaires lors du pretraitement des images radar, et l'utilisation de mesures de reflectivite differentielle, sont quantifies (chapitre v)

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.

Dans de petits bassins versants de pedologie bien typees, l'utilisation et la correlation de plusieurs approches et techniques analytiques permettent de dresser un schema des sources de la matiere organique associee aux matieres en suspension et des processus de transfert de la matiere organique des sols aux suspensions. L'analyse de la fraction sterol et la pyrolyse-chromatographie gazeuse-spectrometrie de masse se sont reveles des outils performants. La mesure des abondances isotopiques en carbone 13, des rapports carbone/azote, des indices d'hydrogene et l'analyse de la fraction phenolique permettent de conforter ce schema: la matiere organique associee aux matieres en suspension est principalement issue des vegetaux superieurs terrestres et des organismes detritivores aquatiques. Les processus de transfert de la matiere organique des sols aux suspensions de la riviere sont precises en fonction de la nature pedologique des sols. Dans les sols de latosols ferrallitiques argileux, la matiere organique est humifiee et liee a la matrice minerale des horizons superficiels. Elle est exportee a l'exutoire par ruissellement superficiel. Dans les sols de podzol sableux, les horizons de surface ont une matiere organique peu degradee et les horizons inferieurs presentent des horizons d'accumulation de matiere organique humifiee et redistribuee selectivement. A l'exutoire des podzols, la matiere organique associee aux suspensions provient a la fois du ruissellement superficiel et a la fois d'une matiere organique dissoute ou colloidale adsorbee issue du drainage des horizons inferieurs d'accumulation

L'évaluation des actions de reconquête de la qualité de l'eau, notamment en ce qui conceme l'azote, peut passer par une étape de modélisation. Des hypothèses simples de fonctionnement des bassins versants ont ainsi été posées et un modèle hydrologique distribué, TNT, a été développé. Divers tests de TNT ont été effectués sur le bassin de Kervidy (Morbihan), et sur des bassins virtuels simples, aux géomorphologies contrastées: sensibilité aux paramètres et hypothèses; simulation du débit, de la profondeur de la nappe. . . Le domaine de validité de TNT regroupe les petits bassins versants agricoles, aux sols relativement perméables sur substrat imperméable, avec une nappe peu profonde, en climat tempéré humide. Après intégration de différents modules de transferts et transformations d'azote, TNT à été utilisé pour chercher à répondre à trois grands types de questions. L'influence de la localisation des cultures sur les flux d'azote a été étudiée. Les résultats de simulations simples, par couplage avec le modèle agronomique STICS, suggèrent que l'interposition d'une culture sous-fertilisée entre la rivière et une culture sur-fertilisée permet de limiter la pollution de la rivière. Les temps de transtert au sein d'un versant ont ensuite été simulés. Le versant étudié présente une forte inertie face aux transferts d'azote, et le modèle est sensible à la localisation de la fertilisation. Enfin, le lien entre géomorphologie et dénitrification a été étudié, ce qui a permis de vérifier la possiblité d'intégration de transformation d'azote à TNT et l'obtention de réponses spatiales différentes selon la morphologie des bassins. L'utilisation de TNT pour la caractérisation de bassins versants peut être envisagée, mais, actuellement, TNT doit être considéré comme un modèle d'analyse et d'aide à la recherche et non comme un modèle opérationnel de prédiction. Il est à utiliser avec précaution, avec des objectifs précis, dans un cadre de recherche et d'analyse de scénarios.

En guyane francaise, dix petits bassins versants entierement recouverts par la foret primaire ont fait l'objet d'un suivi hydrologique pendant 2 ans. Puis, sept bassins ont ete defriches mecaniquement selon divers protocoles, un bassin a ete defriche manuellement pour une culture traditionnelle sur brulis et deux bassins temoins sont restes en foret primaire. Differents amenagements ont ete implantes sur les bassins apres defrichement: prairie paturee, verger d'agrumes, plantations sylvicoles de pins et d'eucalyptus, recru spontane de la foret. Les modifications provoquees par les differentes utilisations du sol sur l'ecoulement et les debits de pointe sont mises en evidence par la methode des bassins apparies (paired watershed technique). Sur sol nu, l'annee du defrichement, les ecoulements ont augmente de +66 a +200%, selon les bassins. Ces gains ont diminue sur les bassins amenages. Apres 3 a 6 ans, les ecoulements ne sont plus significativement differents de ceux du milieu naturel, sauf sur la prairie paturee (gain de +27%). Sur sol nu, les debits de pointe ont augmente de +17% a +166%, selon les bassins versants et les methodes d'estimation. Sur les bassins amenages, les debits de pointe ont retrouve des valeurs proches du milieu naturel sur les amenagements incluant l'arbre (sylviculture, recru), alors que sur la prairie, et apres 4 annees, les pointes depassaient encore leur valeur naturelle de +76%

Ce mémoire traite de l'estimation de la fréquence d'occurrence des crues éclair, dans des petits cours d'eau de la région méditerranéenne. Pour préciser l'étude statistique de ces événements, relativement rares, l'idée développée a été de reconstituer des historiques de crues sur une période pouvant aller jusqu'à deux siècles. Quatre petits cours d'eau affluents de l'Aude, dont la surface n'excède pas 200 km2, ont été étudiés. Une méthodologie de recherche d'informations historiques, déjà appliquée avec succès à des cours d'eau français plus importants, a été reprise. Elle a permis de mettre en évidence les fonds d'archives dignes d'intérêt dans le cas de l'étude des cours d'eau de petite taille. Ces fonds sont essentiellement locaux (archives départementales, et archives des services de l'état chargés de l'hydrométrie et de l'annonce des crues). Les fonds à caractère national (Archives Nationales, fonds M.Pardé, fonds historique de l'ENPC), en revanche, présentent un intérêt secondaire, et l'exploitation des archives de la presse s'est également avérée décevante. Les documents d'archives finalement valorisés proviennent pour l'essentiel des Services des Ponts et Chaussées, et des Services Vicinaux (séries S et O aux Archives Départementales). Ces documents s'avèrent suffisamment riches, dans les quatre cas étudiés, pour reconstituer des historiques de crues d'une durée d'un à deux siècles. Il est également possible d'évaluer le seuil de perception associé à ces séries, ainsi que le débit de pointe des principales crues. Les estimations de débit réalisées restent toutefois incertaines et ont pour cette raison été représentées sous forme d'intervalles de débits possibles. L'exploitation statistique de ces séries met tout d'abord en évidence l'hétérogénéité des débits de crues parmi les cours d'eau étudiés. L'intérêt des données historiques est ensuite clairement mis en évidence, à la fois pour effectuer le choix de distributions statistiques aptes à représenter les séries observées, puis pour préciser le calage de ces distributions. Il apparaît surtout que les risques d'erreurs sont extrêmement importants, lorsque ces méthodes consistant à ajuster des distributions statistiques aux séries observées, sont appliquées à partir des séries systématiques de courte durée. Les informations historiques permettent de fiabiliser ces méthodes, même lorsque les informations valorisées sont très incomplètes (par exemple limitées au décompte des dépassements d'un seuil ou à une crue historique unique). Par comparaison, la méthode du Gradex apparaît beaucoup plus robuste lorsque seules les données systématiques sont disponibles. Elle donne des résultats très cohérents avec les données historiques, et reproduit notamment très bien, à condition d'évaluer correctement le facteur de forme, la variabilité des débits parmi les bassins étudiés. Mais cette variabilité des débits devra tout de même être mieux expliquée, avant d'espérer extrapoler les résultats obtenus à des bassins non jaugés notamment.

L'infiltration à la source des pluies courantes est largement encouragée par les pouvoirs publics. Pourtant, les conséquences d’une systématisation de ces pratiques à l’échelle du quartier ou de la ville restent mal connues, notamment du point de vue du compartiment souterrain. Outre la question de l’éventuelle pollution des nappes par l’eau issue du ruissellement urbain, différents travaux démontrent le risque d’introduire une recharge excessive des aquifères ou mettent en lumière les fortes incertitudes quant à la proportion des volumes infiltrés participant effectivement à la recharge des nappes et aux débits de base ou à celle regagnant finalement le réseaud’assainissement par infiltration des eaux souterraines dans les conduites. Le faible nombre d’études et le caractère spécifique des sites d’application limitent toutefois la compréhension des mécanismes en jeu et de l’influence du contexte naturel et urbain.Cette thèse vise à préciser les effets potentiels d’une systématisation de l’infiltration à la source des eaux pluviales sur le fonctionnement hydrologique de petits bassins versants urbanisés et les facteurs gouvernant ces effets (caractéristiques du contexte climatique, hydrogéologique, d’occupation des sols et de la stratégie d’infiltration mise en œuvre). Il s’agit par ailleurs d’apporter des éléments de compréhension quant aux apports et limites des modèles hydrologiques distribués pour l’évaluation de stratégies d’infiltration à l’échelle du quartier ou de petits bassins versants.La réponse à ces objectifs s’appuie sur l’utilisation du modèle URBS qui permet de simuler en continu et de manière distribuée le fonctionnement hydrologique de zones urbanisées. La représentation du compartiment souterrain a été enrichie et consolidée pour simuler plus finement les écoulements en zone non-saturée et saturée et modéliser une plus grande variété de sols, d’aquifères et de structures souterraines.Le fonctionnement hydrologique d’un ensemble de bassins versants fictifs a été modélisé en faisant varier les caractéristiques du contexte climatique, hydrogéologique, d’occupation des sols et de la stratégie d’infiltration. Les résultats confirment l’intérêt des ouvrages d’infiltration pour la maîtrise du ruissellement et mettent en évidence leurs limites pour rétablir les autres composantes du bilan hydrologique, en particulier le flux d’évapotranspiration. Les ouvrages d’infiltration entraînent en conséquence un accroissement de la recharge pouvant se traduire par une élévation de la nappe générant des interactions complexes entre volumes infiltrés, nappe, végétation et structures souterraines, en particulier en présence d’une nappe peu profonde et d’un aquifère peu transmissif. Outre le contexte hydrogéologique, le climat (e.g. répartition des précipitations et de la demande évaporative) et les caractéristiques de l’occupation des sols (e.g. densité) et sous-sols (e.g. type et répartition des structures souterraines) sont déterminants dans la capacité à retrouver un fonctionnement hydrologique pré-développement. Les résultats suggèrent ainsi que les stratégies d’infiltration doivent être adaptées localement aux spécificités du contexte et envisagées en combinaison d’une maîtrise de l’imperméabilisation et/ou d’autres ouvrages (e.g. toitures végétalisées).La simulation du fonctionnement hydrologique d'un secteur en cours d'urbanisation situé en région parisienne a montré la pertinence d'un tel outil pour l’étude du fonctionnement hydrologique des milieux urbanisés mais aussi ses limites dans un contexte opérationnel. Elle a permis d'illustrer la forte incertitude liée à la méconnaissance du sous-sol et d'identifier des pistes d'amélioration du modèle, notamment sur la description de la transpiration
Source-control infiltration practices are widely promoted by public authorities. However, the consequences of a systematization of these methods at the neighborhood or city scale remain poorly known, especially with regard to the underground compartment. In addition to the question of the possible pollution of groundwater by urban runoff, various studies demonstrate the risk of introducing an excessive recharge of aquifers or highlight the strong uncertainties regarding the proportion of infiltrated volumes that actually contributes to groundwater recharge and to base flows or that finally returns to the sewerage system by groundwater seepage into the pipes. However, the small number of studies and the site-specific nature of the applications limit the understanding of the mechanisms involved and of the influence of the natural and urban context.This thesis aims at specifying the potential effects of a systematization of stormwater source-control practices on the hydrological functioning of small urbanized watersheds and the factors governing these effects (characteristics of the climatic, hydrogeological and land use context and of the implemented infiltration strategy). It also aims to provide insights into the contributions and limitations of distributed hydrological models for the evaluation of infiltration strategies at the neighborhood or small watershed scale.The response to these objectives is based on the use of the URBS model which allows continuous and distributed simulation of the hydrological functioning of urbanized areas. The underground compartment depiction has been enriched and consolidated to more finely simulate unsaturated and saturated flows and to model a wider variety of soils, aquifers and underground structures.The hydrological functioning of a set of hypothetical watersheds is modeled varying the characteristics of the climatic and hydrogeological context, the land use and the infiltration strategy. Results confirm the benefits of infiltration systems for runoff control and highlight their limitations in restoring the other components of the water balance, especially the evapotranspiration flow. As a consequence, infiltration devices increase groundwater recharge, which can lead to a rise in the water table, generating complex interactions between infiltrated volumes, water table, vegetation and underground structures, especially in the presence of a shallow water table and a low-transmissive aquifer. Besides the hydrogeological context, the climate (e.g. distribution of precipitation and evaporative demand) and the characteristics of the land use (e.g. density) and subsoil (e.g. type and distribution of subsurface structures) are determinant in the ability to recover a pre-development hydrological functioning. Results suggest that source-control infiltration strategies should be locally defined according to the specificities of the context and considered in combination with a control of imperviousness and/or other types of devices (e.g. green roofs).The simulation of the hydrological functioning of a partially urbanized watershed located in the Paris region highlights the relevance of such a tool to study the hydrological functioning of urbanized environments, but also its limitations for operational purposes. This application illustrates the high uncertainty linked to the lack of knowledge of the subsurface compartment composition and to identify ways to improve the model, especially regarding the description of transpiration

Au cœur de la Tunisie, la Dorsale Tunisienne se présente comme une succession d'alignements montagneux remarquables, des jbels, qui s'étend du Cap Bon jusqu'à la frontière algérienne. Le problème qui se pose dans la Dorsale vient de la gravité que revêt l'érosion, ne ménageant pas les paysages de celle-ci, actuellement très dégradés. Il s'accompagne d'une politique d'aménagement de conservation des eaux et des sols mise en place par les services publics particulièrement exemplaire dans cette région, tant par la diversité des interventions, que par leur ampleur.
L'intérêt n'est pas d'étudier l'érosion en tant que telle, mais les populations face à ces phénomènes. Or, si l'érosion se pose bien à l'échelle régionale, et si les politiques d'aménagement de conservation se conçoivent effectivement à cette échelle, les solutions, elles, ne peuvent être recherchées qu'à l'échelle du paysage, cadre de vie des populations. Est alors analysé le lien entre les perceptions qu'ont les scientifiques et les paysans de ces paysages et de ces milieux, afin de voir si les actions d'aménagements proposées sont susceptibles d'être comprises et reproduites par les habitants.
A travers un réseau de petits bassins-versants, suivi par l'IRD et la DG/ACTA, a été développée une approche paysagère fondée sur la segmentation du paysage. A cette analyse du paysage, s'ajoute une recherche sur la représentation et la perception des milieux par les acteurs locaux et étatiques afin de mieux cerner l'intégration ou non des aménagements dans leur cadre de vie.

Le travail a pour objectif de déterminer quels sont les flux solides et liquides produit par un petit bassin versant de montagne en réponse à un épisode pluvieux. Il s'appuie sur des observations réalisées sur les bassins de recherche de Draix, étudie les processus et facteurs intervenant dans la formation des écoulements et quantifie leurs rôles respectifs. Différentes échelles spatiales d'analyse sont utilisées : la parcelle, le versant ou la ravine élémentaire et le bassin versant. La forte non-linéarité des réponses est mise en évidence au moyen d'une analyse statistique approfondie des données disponibles (1985-2003). Ce travail statistique est complété par l'interprétation d'observations et d'expérimentations de terrain spécifiques : expérimentations de simulation de pluie et observations sous pluies naturelles à l'échelle de la parcelle et de la ravine, suivi de l'état des stocks de sédiments dans les lits. Enfin, une première ébauche de modélisation spatialisée, à l'aide du modèle ETC (Erosion des torrents en crue) développé au Cemagref, a été réalisée, vérifiant la capacité du modèle à reproduire le fonctionnement temporel et spatial observé
The research aims at the determination of the hydrological and erosional response of a small mountain catch ment to a rainfall event. It leans on the data and observations from the Draix field laboratory. The work analyse the processes and factors that control the response and discuss their relative importance. Several spatial scales are investigated : the plot scale, the slope gully scale, the small basin scale. Through the statistical analysis of the data (1985-2003), the high non-linearity of the responses is pointed out. Specifie field work (rainfall simulations, measurements under natural rainfall events, field surveys of the channel network) allows the interpretation of the response in term of erosion and sediment transport processes. A first attempt of modelling with the ETC model (Erosion des torrents en crue) developed by Cemagref, is conducted to test the model ability to reproduce the spatial and temporal patterns of the erosion response observed in the field work

Les mecanismes d'acidification des sols et des ruisseaux des ecosystemes forestiers sont etudies en europe depuis 30 ans pour etablir leur sensibilite aux depots atmospheriques acides susceptibles d'y provoquer des dommages. Cette sensibilite definit une charge critique egale a la quantite de depots atmospheriques acceptable pour un ecosysteme. Cette etude aborde successivement (1) les tendances de l'acidification des sols et des eaux dans les regions francaises sensibles, (2) la quantification de l'alteration des sols, des arenes et des roches qui neutralise l'acidite, (3) le calcul et la cartographie des charges critiques d'acidite. Pour aborder ces calculs on manque de donnees et les methodes utilisees en europe sont peu adaptees a la variete des ecosystemes francais. Une etude des milieux naturels francais selon leur sensibilite a l'acidification, a donc ete engagee. Les relations entre la chimie des eaux et l'alteration des sols ont ete etablies pour quelques regions : vosges, ardennes et massif central. L'etude a ete menee a plusieurs echelles : station, bassin versant, massif montagneux, puis territoire national, pour une integration des donnees en europe. Les relations ph-alcalinite des eaux de ruisseau sont modelisees. Elles montrent des changements d'alcalinite et des pertes de pouvoir tampon specifiques a chaque region. L'alteration est quantifiee avec le modele profile d'apres la mineralogie des sols etablie a partir d'analyses chimiques totales. Les resultats de 12 placettes du reseau renecofor sont modelises, puis etendus a la france avec les donnees des 102 placettes de ce reseau. Enfin, les charges critiques sont calculees et cartographiees. Differentes modalites sont comparees pour determiner les incertitudes residuelles. Une carte d'alteration des sols et des roches pour la france, puis des charges critiques d'acidite, est realisee pour la premiere fois en france a ce niveau de detail.

Nous avons examiné sur une période de 8 années (1996-2003) la dynamique continentale d'une sous population d'anguilles européennes Anguilla anguilla d'un fleuve côtier breton aménagé, le Frémur. Sur cette période, les trois écophases (Recrutement, Stock et Dévalaison) ont été quantifiées et caractérisées (stade, longueur et âge). Le taux de disparition estimé est important (53,2%) probablement en raison des abondances élevées (0,40 anguilles. M-2) et des habitats dégradés. Chaque année, une prédiction du nombre potentiel de futurs reproducteurs à entreprendre leur migration à partir de la connaissance de la structure des anguilles sédentaires, est réalisée. Le nombre effectif variant en fonction de la gestion hydraulique du système. Finalement, l'influence du contexte de croissance sur la production du nombre et de la qualité des futurs reproducteurs, et les implications de cette étude en matière de conservation de cette espèce à l'échelle européenne, sont discutées.

La question sera d’évaluer si l’érosion glaciaire dans les Pyrénées est suffisante pour expliquer au moins une proportion de la surrection du volume montagneux, et donc dans quelle mesure les moteurs tectoniques demeurent incontournables. Le terrain proposé est un transect E–W, portant sur : un échantillon de cirques granitiques (prélèvement de roche-mère, lithologie homogène) déglacés (Bassiès) ou partiellement englacés (Aneto) ; et un échantillon de bassins versants (prélèvement de sédiments dans le lit du collecteur principal aux exutoires). Les méthodes utilisées seront les isotopes 10Be et 26Al produits in situ (Dunai, 2010) outils servant à quantifier les vitesses d’érosion d’un substratum rocheux ou d’un sol en fonction de leur durée d’exposition au bombardement cosmique provenant de la voûte céleste. Il s’agira ainsi (i) de détecter l'existence d'héritages d'exposition, synonymes de très faible tranche érodée lors du dernier cycle glaciaire (Fabel et al., 2002, 2004) — héritages inconnus jusqu’ici dans les Alpes (Ivy Ochs et al., 2007) mais déjà repérés dans l'est des Pyrénées (Delmas et al., 2008, 2011) ; et (ii) de comparer les taux moyens de dénudation post-glaciaire de bassins versants sélectionnés en fonction de leur passé (glaciaire ou non), de l’ambiance climatique post-glaciaire (influences atlantiques ou méditerranéennes), et enfin, sur chaque site-atelier ainsi défini, de leur taille (échantillonnages compartimentés sur des BV emboîtés de rang 1, 2, et 3 ; v. méthode in Godard et al., 2012). Une approche complémentaire consistera à quantifier systématiquement, dans les quelques cirques témoins, les volumes érodés par cubage des matériaux morainiques tardiglaciaires ou holocènes, mais aussi des éventuels glaciers rocheux et des éboulis. Ces bilans de masse impliqueront éventuellement aussi un effort de datation de ces formations, dont la chronologie (en particulier les glaciations holocènes) est encore très mal connue dans les Pyrénées
The Pyrenees form a mid-latitude, intermediate altitude mountain range displaying weak tectonic activity and a westward gradient of increasing topographic inheritance from the work of Pleistocene glaciers. This thesis aims to characterize and to quantify the influence of the glacial and non-glacial erosive processes on the most elevated areas of the mountain range, during the last climatic cycle (~100 ka), according to an E-W transect from the Carlit to the Maladeta, via the Ariège. The Holocene tills volumes (Maladeta) were quantified from DEM- and GIS-derived measurements, while the lowering of the glaciated and unglaciated surfaces was determined from cosmogenic nuclides (CN). Denudation was measured through TCN concentrations in alluvial sediment in elevated catchments. Würmian denudation on supraglacial ridges (10–25 mm/ka) was slower than on cirque floors (30–40 mm/ka), thereby resulting in an increase in topographic relief. Denudation of the cirques floor increases during post-Würm spatially limited glaciations (20-400 mm/ka). Small Holocene glaciers erosion in the Maladeta is 180-700 mm/ka even > 1 m/ka. These rates are noteworthy higher than bedrock and regolith plateau weathering (2.60 mm/ka and 20-40 mm/ka, respectively). Postglacial catchments denudation (25-450 mm/ka) linearly increases with mean slope (r = 0.83) and then with the Pleistocene glacial inheritance of the landscape. Results confirm the atonic tectonic activity of the Pyrenees and show the influence of the glaciers and fragile meta-sedimentary lithologies on the Holocene denudation

La simulation hydrométéorologique continue est une approche performante pour générer de longues chroniques de débits nécessaires à l'analyse du risque de crue. Cette approche nécessite de longues chroniques de précipitations en entrée qui peuvent être générées par un générateur météorologique stochastique. Pour les petits bassins versants (10-1000 km²) où un modèle hydrologique global est pertinent et où la réponse hydrologique peut être rapide, des scénarios infra-journaliers de précipitations surfaciques moyennes sont requis.Cette thèse étudie le potentiel d'un générateur météorologique hybride infra-journalier composé de deux modèles stochastiques. Le premier modèle (GWEX) est dédié à la génération de chroniques journalières. Il modélise les occurrences de précipitations avec une chaîne de Markov et les quantités de précipitations avec une distribution à queue lourde adaptée aux événements extrêmes. Le second modèle désagrège les scénarios journaliers à une résolution horaire.Nous proposons d’abord un nouveau modèle de désagrégation basé sur l'approche de la cascade aléatoire multiplicative microcanonique (MRC). Les propriétés du générateur de la cascade dépendent continuellement de l'échelle temporelle, de l'intensité des précipitations et d’un indice d'asymétrie des précipitations introduit pour tenir compte de la structure temporelle de la séquence locale des précipitations. Le modèle MRC est comparé à des versions précédentes basées sur la même approche. La performance des modèles est évaluée en désagrégeant les observations journalières de 81 stations pluviométriques suisses. La performance globale du modèle MRC est très satisfaisante à différentes résolutions temporelles. La prise en compte de l'asymétrie des précipitations améliore significativement la reproduction de l'autocorrélation, une caractéristique que les modèles précédents, basés sur cette approche, avaient du mal à reproduire.Nous évaluons ensuite la performance du modèle hybride à générer des chroniques de précipitations surfaciques moyennes pour différentes échelles spatiales (10-1000 km²). Les paramètres des modèles GWEX et MRC sont estimés à partir des chroniques de précipitations surfaciques moyennes observées. Celles-ci sont extraites de CombiPrecip, un produit de précipitations horaires de MétéoSuisse d’une résolution de 1 km², issu d’une fusion de données radars et de pluviomètres. La performance du modèle est testée en Suisse pour un ensemble de sites et d'échelles spatiales en générant de longs scénarios de précipitations puis en comparant leurs statistiques avec celles observées. Les résultats montrent une performance satisfaisante du modèle pour différentes échelles spatiales et temporelles.Enfin, nous comparons différentes approches pour estimer les paramètres du générateur météorologique infra-journalier qui permettront de l’appliquer partout en Suisse. D’abord, différents modèles d’interpolation spatiale basés sur le krigeage et les “Thin-Plate Splines” sont considérés pour l'interpolation des paramètres obtenus à partir des données des pluviomètres. Ces modèles donnent de très bons résultats. Ensuite, la possibilité d'estimer les paramètres à partir des données de CombiPrecip est étudiée. Plusieurs longs scénarios sont générés pour un ensemble de sites et nous estimons la capacité de ces approches à reconstituer différentes caractéristiques des précipitations observées. Les deux approches sont globalement équivalentes bien que certaines différences puissent être observées avec des variations saisonnières et régionales marquées.Le modèle hybride montre des performances satisfaisantes dans différents contextes d'évaluation. Il est parcimonieux et les paramètres peuvent être estimés de manière robuste, conduisant à une forte cohérence spatiale et saisonnière. Ce modèle est facile à mettre en œuvre avec des procédures rapides d'estimation des paramètres et de simulation, ce qui facilite les applications à des fins opérationnelles
Continuous hydro-meteorological simulation is a powerful approach for generating the long-time series of river discharge required for flood risk analysis. This approach requires long precipitation time series as inputs, which can be generated by a stochastic weather generator (WGEN). For small catchments (10 - 1,000 km²), where a lumped hydrological model is relevant and the hydrological response can be rapid, sub-daily mean areal precipitation (MAP) scenarios are required.To answer these objectives, this PhD thesis investigates the potential of a hybrid sub-daily WGEN consisting of two stochastic models for that purpose. The first model, GWEX, is dedicated to generating daily time series. It models precipitation occurrences with a Markov chain and precipitation amounts with a heavy-tailed distribution adapted to extreme events. The second model disaggregates the daily scenarios to hourly resolution.In this PhD, we propose a new disaggregation model based on the microcanonical multiplicative random cascade (MRC) approach, where the properties of the cascade generator depend continuously on the temporal scale, the precipitation intensity, and a so-called precipitation asymmetry index, introduced to account for the temporal pattern of the local precipitation sequence. We compare this MRC model with previous versions based on a similar approach. The performance of the models is assessed by disaggregating daily observations from 81 rain gauge stations across Switzerland. The overall performance of this MRC model is very satisfactory at different temporal resolutions. Accounting for precipitation asymmetry significantly improves the reproduction of autocorrelation, which previous models based on this approach have struggled with.We evaluate the performance of the hybrid WGEN to generate mean areal precipitation (MAP) time series for different spatial scales ranging from 10 to 1,000 km². The parameters of GWEX and MRC are estimated on the observed MAP time series extracted from CombiPrecip, an hourly gridded precipitation product of MeteoSwiss based on radar and rain gauge measurements with a spatial resolution of 1 km². The performance of the model is tested for an ensemble of locations and spatial scales in Switzerland by generating long precipitation scenarios and comparing their statistics with the observed ones. The results show a satisfactory performance of the model for different spatial and temporal scales.Finally, we compare different approaches for obtaining the parameters of the sub-daily WGEN over Switzerland. Initially, different mapping models based on kriging and thin plate splines are considered for interpolation of the at-site parameter estimates obtained from the rain gauge data. The mapping models give very accurate results. Then, the possibility of estimating parameters from CombiPrecip data is investigated. Multiple and long scenarios are generated for an ensemble of locations and different precipitation characteristics are estimated on the scenarios to compare both approaches. Both approaches are generally equivalent, although some differences can be observed with marked seasonal and regional variations.The hybrid model shows satisfactory performance in different evaluation contexts. It is parsimonious and parameters can be robustly estimated, leading to a strong spatial and seasonal coherence. The model is easy to implement with fast estimation and simulation procedures, facilitating end-user applications

Cette thèse s’intéresse à l’étude hydrogéophysique d’un petit bassin versant vosgien La Soutte à travers des prospections géophysiques et des développements méthodologiques concernant le suivi hydrogéophysique. Un suivi du potentiel spontané sur une période de plus de deux ans met en évidence des variations importantes du potentiel qui sont cependant difficiles à interpréter actuellement en terme de dynamique d'écoulements. La mesure en continu des variations de température du sous-sol a permis de caractériser les variations du contenu en eau du sous-sol et de caractériser l'épaisseur maximale de la zone non saturée égale à 15 cm. Enfin, la tomographie de résistivité a été utilisée pour caractériser le transport d’un panache de sel dans le sous-sol (20 cm/jour) d'une zone saturée du site. Une loi d'Archie calibrée par des mesures in situ permet de calculer les concentrations en sel qui sont comparables à celles obtenues par modélisation hydraulique du transport du sel
This thesis concerns the hydrogeophysical study of a small water catchment called La Soutte through different geophysical prospecting methods and methodological developments concerning hydrogeophysical monitoring (i. E. , the time monitoring of physical parameters and properties related to underground flows). Streaming potential monitoring over a period of two years shows strong potential variations which are however difficult to interpret in term of flows dynamic. The continuous measurement of underground temperature variations allowed to characterize variations of soil water content and to characterize the maximal vadose zone thickness equal to 15 cm. Finally, resistivity tomography was used to characterize the transport of a salt plume in the ground (20 cm/day) in a saturated zone of the site. An Archie's law calibrated by in situ measurements allows to calculate salt concentrations that are comparable to those obtained by hydraulic (diffusive-advective) modelling of salt migration

Le bassin versant de samniweogo est un petit bassin sahelien qui couvre une superficie du 3,22 km 2. Il est situe au burkina faso, a 50 kilometres au nord de la province du yatenga. Sur ce petit bassin versant, l'orstom (nouvellement ird) a realise de 1984 a 1991 des observations hydrologiques a differentes echelles (m 2, ha, km 2). Ces observations nous ont permis d'analyser les processus d'infiltration et de ruissellement sur ce bassin en relation avec l'itineraire cultural du mil. A l'echelle du metre carre, juste apres le sarclage et sous pluies simulees, la conductivite hydraulique maximale du sol decroit tres rapidement en relation avec la somme des pluies tombees apres le sarclage. A l'echelle des parcelles agronomiques, le second sarclage favorise nettement plus l'infiltration que le premier. Les cordons pierreux cloisonnes reduisent le debit maximum des crues (plus de 50%). L'impluvium accroit l'encroutement de la partie cultivee, augmentant de maniere importante les volumes ruisseles en aval des parcelles. A l'echelle du bassin versant de samniweogo, on observe une forte evolution interannuelle des superficies cultivees (28% en 1987, 45% en 1988). On retrouve un effet plus important du second sarclage sur l'infiltration. Le developpement de la vegetation herbeuse provoque un allongement de la duree de la crue (20%) et un ralentissement de sa vitesse de propagation. L'utilisation d'un modele hydrologique semi-distribue a base physique, le modele abc, a permis de preciser le comportement hydrologique des sols cultives a l'echelle elementaire. A l'echelle des parcelles agronomiques, l'utilisation du modele abc montre que les cordons pierreux modifient fortement la rugosite de la surface du sol. A l'echelle du bassin versant, son utilisation nous a permis de simuler le fonctionnement du bassin dans differentes conditions de mise en culture et de developpement du couvert vegetal.

La gestion et la protection des ressources en eau nécessitent une bonne connaissance des processus hydrologiques à l'échelle du bassin versant. Le problème se pose en particulier aux Antilles où l'activité agricole est à l'origine de pollutions chroniques des ressources en eau et des sols.
L'objectif de cette thèse est de caractériser le fonctionnement hydrologique d'un petit bassin versant volcanique en climat tropical, dans un contexte cultivé principalement en banane. Le site d'étude est le bassin de Féfé (17,8 ha), sur l'île de la Basse-Terre en Guadeloupe, qui a été instrumenté entre 2003 et 2006. Deux approches complémentaires ont été utilisées.
Premièrement, l'approche expérimentale combinant géologie, hydrologie, hydrogéologie et traçage (pesticide) a permis de caractériser la structure, le bilan et les processus hydrologiques d'un petit bassin versant. Un schéma de fonctionnement global a été établi avec comme caractéristiques principales des flux hydriques élevés (pluie annuelle > 4 000 mm), une importante recharge des nappes (60 % de la pluie efficace annuelle), et une prédominance du ruissellement hortonien. Un modèle global à réservoirs basé sur ce schéma conceptuel a permis de reproduire correctement les flux de surface et souterrains. Ces études nous ont permis d'identifier les principaux mécanismes de contamination des sols et des eaux de surface et de nappes par un nématicide utilisé en bananeraies (le cadusafos).
Deuxièmement, l'approche de modélisation à l'aide du modèle distribué MHYDAS, a permis de rendre compte de l'incidence de l'occupation du sol et du réseau de fossés sur la genèse des crues. Cette approche intègre les spécificités du milieu cultivé tropical que sont la redistribution de la pluie par la plante (stemflow du bananier) et les échanges nappe-fossé. L'application du modèle aux échelles de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, a permis de mieux caractériser les variabilités spatiale et temporelle des processus hydrologiques.
Ces deux approches constituent une voie pertinente pour évaluer l'impact environnemental des épandages agricoles, caractériser les changements d'échelle, et tester l'impact de l'occupation du sol.

La gestion et la protection des ressources en eau nécessite une bonne connaissance des processus hydrologiques à l'échelle du bassin versant. Le problème se pose en particulier aux Antilles où la pression anthropique est forte et où les plantations de banane sont à l'origine de nombreux problèmes sanitaires et de l'installation de pollutions chroniques sur les ressources en eau à l'échelle du bassin versant. L'objectif de cette thèse est de caractériser et de modéliser le fonctionnement hydrologique d'un petit bassin versant volcanique en climat tropical, dans un contexte cultivé (bassin de Féfé, Guadeloupe). Deux approches complémentaires ont été utilisées aux trois échelles spatiales de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, ainsi qu'aux deux échelles temporelles de la crue et de la chronique annuelle. Premièrement, l'approche expérimentale combinant géologie, hydrologie, hydrogéologie et traçage (pesticide) a permis de caractériser la structure, le bilan et les processus hydrologiques d'un petit bassin alimentant un système de nappes emboîtées, l'une superficielle et l'autre profonde. Un schéma de fonctionnement global a été établi. Ses caractéristiques principales sont des flux hydriques élevés (plus de 4000 mm de pluie/an), l'importance de la recharge de l'aquifère profond (42% de la pluie annuelle), et la prédominance du ruissellement hortonien. Un modèle global à réservoirs basé sur ce schéma conceptuel a permis de reproduire de manière satisfaisante les flux de surface et souterrains sur de longues chroniques de mesures, notamment lors des épisodes de fortes pluviométries. Ces études nous ont permis d'identifier les principaux mécanismes de contamination des sols et de l'eau par un nématicide utilisé en bananeraies (le cadusafos) en suivant sa dispersion après épandage sur le bassin. Deuxièmement, l'approche de modélisation à l'aide du modèle distribué MHYDAS, a permis de rendre compte de l'incidence de l'occupation du sol et du réseau de fossés sur la genèse des crues. Cette approche intègre les spécificités du milieu cultivé tropical que sont la redistribution de la pluie par la plante (stemflow du bananier) et les échanges nappe-fossé. L'application du modèle aux échelles de la parcelle, du sous-bassin et du bassin versant, a permis de mieux caractériser les variabilités spatiale et temporelle des processus hydrologiques. Les intérêts de ces deux approches d'expérimentation et de modélisation sont de conceptualiser le fonctionnement hydrologique et d'apporter des informations sur la variabilité des processus internes au bassin en relation avec la structure du milieu. Ces deux approches constituent une voie pertinente pour évaluer l'impact environnemental des épandages agricoles, caractériser les changements d'échelle, et tester l'impact de l'occupation du sol dans des contextes cultivés, en relation avec les pratiques culturales
The aim of this study was to characterize the hydrological behaviour of a small cultivated catchment in a tropical volcanic region. The Féfé catchment (17. 8 ha), mainly planted with banana in the island of Basse-Terre in Guadeloupe (FWI), was studied between 2003 and 2006. An integrated experimental approach including geological, hydrological, hydrogeological and tracer experiments allowed the establishment of a behaviour scheme. A spatial modelling approach at the plot and catchment scales that takes into account specific features of cultivated areas as rainfall redistribution by plant (stemflow of the banana tree) and stream-groundwater interactions, allowed the characterization of the hydrological processes variability. The results indicate that despite the abundant rainfall volume and the high rainfall intensities, the heterogeneous and permeable volcanic framework promote underground flow paths. Land-use and ditch networks are key features for runoff generation

Des observations detaillees sur les termes du bilan hydrique et sur le milieu naturel d'un petit bassin versant dans une region de savane du nord-ouest de la cote d'ivoire, en combinaison avec des experiences de simulation de pluies, de tracage de crues et de suivis neutroniques de profils hydriques ont permis de proposer un modele de fonctionnement hydrologique pour les bassins versants, qui montre une evolution dans le temps et dans l'espace des processus d'ecoulement. Ces mecanismes d'ecoulement proposes ont ete testes sur quatre modeles conceptuels globaux

Ce travail a eu comme objectif de comprendre et quantifier les transferts d'azote agricoles dans les rivières des bassins versants Gascons, afin d'évaluer l'efficacité de scénarii agricoles sur la teneur en azote nitrique des rivières. Un protocole de mesure en continue dans le petit bassin versant agricole d'Auradé (Gers, Sud-Ouest de la France) de 3. 3km2 a été mis en place pour mesurer la variabilité de la teneur en nitrate. Les variations infra-journalières des concentrations lors d'évènements de crue sont fortes, les flux correspondant sont importants à l'échelle annuelle. L'approche de modélisation à base physique du bassin versant d'auradé a ensuite été envisagée pour calculer les bilans hydriques et agronomiques de ce type de bassin. Deux modèles de bassin versant ont été choisis : TNT2, entièrement distribué, adapté aux petits bassins versants à nappe superficielle, SWAT, semi distribué, développé pour de plus larges bassins versants. Leur utilisation a permis de : - montrer qu'aucun n'est capable de prédire l'intensité journalière des flux d'azote nitrique observée dans la rivière en période de crue, même si l'approche de SWAT est mieux adaptée pour simuler les transferts rapides - simuler un bilan d'eau et d'azote proche pour les deux modèles mais avec des processus simulés opposés - montrer l'importance de la simulation de la dénitrification et de la minéralisation pour conclure sur la capacité des modèles à reproduire la réalité. TNT2 a été jugé plus adapté pour simuler des scénarios agricoles imaginés ou déjà implantés sur le bassin versant d'Auradé. Les résultats de simulation montrent que les mesures agro-environnementales implantées auraient eu une efficacité de 16% de diminution des flux d'azote nitrique annuels à l'exutoire, à laquelle s'ajouterait encore 18% de diminution en cas d'implantation de Culture Intermédiaire de Piège à Nitrate. Le paramétrage global de SWAT sur la Save, bassin versant de 1110km2 contenant le bassin d'Auradé, a ensuite été modifié pour le contexte agro-pédologique d'Auradé, représentant 25% de la surface du bassin de la Save. Les paramètres hydrologiques majeurs calibrés sur le bassin d'Auradé sont transposés sur cette surface. L'amélioration des prédictions à l'exutoire de la Save est significative, et montre la contribution importante de ces zones aux débits à l'exutoire de la Save lors de certains évènements pluvieux. Une meilleure prise en compte de l'occupation du sol est à envisager pour améliorer ces prédictions
The present work aimed to assess nitrogen trasfer and transformation in stream of agricultural catchment of Gascogne region, in order to evaluate agricultural practices change to decrease nitrate river contamination. A continuous in situ sampling protocol was used at the outlet of the small agricultural catchment in Auradé (3. 3 km2 in Gers district, South-West of France) to measure the fine temporal variation of nitrate concentration. Infra-daily high variations of concentrations have been observed during flood events, the high concentrations explain a significative part of annual nitrogen loads during these hydrological events. The spatially, physically based modelling approach of the Auradé catchment has then been used to evaluate water and nitrogen balance at the small catchment scale. Two catchment models have been chosen : TNT2, whitch is fully distributed and developped for small catchment with shallow groundwater, and SWAT, semi-distributed and developped for larger catchment. The use of both models permits to : - show that both of them failed to simulate accurately the daily nitrogen losses intensity in river observed during flood events, even if modelling approach of SWAT is more adapted to simulate processes involved - simulate a same global water and nitrogen balance with opposing simulated processes - show the main influence of mineralisation and denitrification dynamic simulated to conclued on ability of models to represent reality. TNT2 has been evaluated to be more adapted to simulate agricultural changes designed or already implemented in Auradé catchment. Results of this virtual experimentation show that agricultural changes already implemented would have decresed for 16% the annual nitrogen losses, and that if catch crop had been implemented, nitrogen losses would have decrease of 18% more. SWAT has after been calibrated at the larger scale of the Save catchment of 1110km2 whitch include Auradé catchment. The global parametrisation has been modified for the agro-pedological context of Auradé catchment, context area whitch represent 25% of the total Save catchment area. Major hydrological parameters calibrated on Auradé catchment has been used for calibrating this area. The increase of discharge prediction quality is significative and show the contribution of these areas to daily discharge at the Save catchment outletduring some rainy events. Predictions of water and nitrogen concentration may be improved in taking land cover spatialisation into account