Dissertations / Theses on the topic 'Bassins hydrographiques – Modèles mathématiques'

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…).<br>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…).<br>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).<br>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).

Cette etude est consacree a la modelisation hydrologique distribuee d'un bassin versant nivo-pluvial des alpes francaises. Elle est presentee en 3 parties : dans la premiere partie, sont presentes le bassin versant de recherche experimentale de sarennes et les outils numeriques utilises pour simuler les debits. Cette modelisation est realisee par l'intermediaire du couplage d'une chaine de modelisation du manteau neigeux, elaboree par le centre d'etude de la neige (safran-crocus), avec un modele hydrologique conceptuel a base topographique (topmodel). Elle est realisee en 3 etapes qui font l'objet de la seconde partie et permettent l'etude de la sensibilite du modele hydrologique a la variabilite spatiale de la lame d'eau de fonte fournie par crocus. Une premiere modelisation de reference est faite avec une version globale de topmodel acceptant une entree moyenne uniforme. Puis la complexite du modele est progressivement developpee (topband) d'abord par une premiere spatialisation de l'entree par bandes d'altitude. Finalement, un modele totalement distribue et dynamique (topodyn) permet de tenir compte de la variabilite spatiale de l'entree avec l'altitude et l'orientation des versants. Le rapport complexite/performance est soigneusement analyse. Enfin, la troisieme partie s'interesse plus particulierement aux entrees : tout d'abord, une redistribution de la chronologie horaire de la pluie safran nous permet d'ameliorer nos simulations. Puis une validation du manteau neigeux simule par crocus est effectuee grace au suivi de la fonte nivale par photographies terrestres. Un traitement d'image adapte permet ensuite de determiner l'enneigement reel. Finalement, dans la perspective de modelisations hydrologiques sur des bassins boises, un module de fonte sous foret est propose pour completer la chaine safran-crocus existante.

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…).<br>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).

Dans l'objectif général d'améliorer la modélisation du fonctionnement hydrologique des bassins versants, on vise à mettre au point un modèle général et régionalisable de détermination de la fonction de production en vue de la coupler à une fonction de transfert déterministe. L'étude est réalisée sur cinq bassins versants de petite taille (moins de 40 ha) situés dans des zones agroécologiques différentes et représentatives de la diversité des conditions paysagères de l'Indonésie. La modification de la version originale du modèle H2U nous permet de modéliser la fonction de transfert des versants. Le couplage entre la fonction de densité de probabilité (fdp) théorique des versants et la fdp théorique du réseau hydrographique par un produit de convolution, donne la fdp théorique de bassin versant quasi identique à la fdp expérimentale pour les cinq bassins versants étudiés. On montre que la modélisation de la fonction de production selon la loi de Horton, en utilisant les paramètres fo, fc et k mesurés sur le terrain, ne peut être appliquée que dans le cas des bassins versants imperméables, et les hydrogrammes obtenus à partir du couplage entre la fonction de transfert théorique et la pluie nette déterminée selon cette procédure sont de qualité médiocre. Le modèle cuvette est développé à partir de l'hypothèse que le débit sortant de la cuvette suit une loi de réservoir linéaire. Dans ce modèle, l'infiltration ne se produit que dans la cuvette et la pluie nette est calculée à partir du débit de déversement de celle-ci. Il parvient à simuler les lames ruisselées dans l'immense majorité des cas, quelle que soit la perméabilité des bassins versants. En couplage avec la fonction de transfert H2U, ce modèle permet une bonne simulation de l'hydrogramme pour un épisode sur quatre et même près d'un épisode sur deux dans le cas du bassin versant le plus imperméable. L'avantage du modèle cuvette réside surtout dans le fait qu'il n'utilise aucun calage, ce qui permet de l'appliquer à un bassin versant non jaugé<br>The ultimate target is to improve the modeling of the hydrological functioning of the catchment. We aim to develop a general model of determination of the production function in order to couple it to a deterministic transfer function. The research is carried out on five micro catchments (less than 40 ha) located in different agroecological zones which are representative of diversity of the landscape conditions in Indonesia. The modification of the original version of the model H2U will allow the modeling the transfer function on the hillslope. The coupling between the theoretical probability density function (pdf) of the hillslope and the theoretical pdf of the drainage network through a convolution product, gives a theoretical pdf of the catchment nearly identical to the experimental pdf for the five microcatchments studied. It is shown that the modeling of the production function according to the Horton's law by using the parameters fo, fc and k measured on the field, can be applied only in the case of the impervious microcatchments, and the hydrographs obtained from the coupling between the theoretical transfer function and the resulting excess rainfall according to this procedure are not satisfactory. The micro-depression model is developed from the hypothesis that the outgoing discharge of the micro-depression follows linear reservoir law. In this model, infiltration is assumed to occur only in the micro-depression, and the excess rainfall is calculated starting from the discharge which flows from the micro-depression. It succeeds to simulate the excess rainfall in most cases, whatever the permeability of the catchment. By coupling it to the transfer function H2U, this model allows a good simulation of hydrograph for one episode out of four and even almost one out of two in the case of the most impervious catchment. The major advantage of the micro-depression model is that it does not require any calibration, which allows its application on any ungauged catchment

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

Plusieurs modèles hydrologiques ont été développés au cours des dernières décennies. Un modèle hydrologique devrait être capable de représenter tous les bassins versants. Les performances des modèles dépendent des caractéristiques du bassin versant étudié; aucun modèle ne convient à toutes les tâches de modélisation. Cette thèse de doctorat a pour but de proposer une méthode de sélection de modèles parmi un grand nombre de candidats. Elle prend en compte : l'identification d'une banque de modèles performants pour des conditions climatiques différentes et la sélection de modèles appropriés selon les conditions climatiques du bassin versant (aride, tempéré ou continentale) et les objectifs de modélisation (débits élevés, moyens ou faibles). La recherche est basée sur 1446 modèles construits en utilisant l‘approche multistructure empirique (Ensemble Multistructure Framework, EMF) et 100 bassins versants états-uniens aux conditions climatiques diversifiées. L'objectif de cette étude est de valoriser les approches flexibles afin d'identifier des modèles performants pour une diversité de climats. La sélection des modèles est ainsi basée sur les performances individuelles de 1446 modèles en les comparant avec un modèle de référence (GR4J). Sur la base de cette étude, une banque de 80 modèles diversifiés, issus des 1446 modèles initiaux, a été proposée pour d‘autres applications. Pour évaluer l'impact du climat et de la métrique sur la performance du modèle, les 80 modèles présélectionnés ont été évalués sur les trois types de climat et sur les trois objectifs de modélisation. Cette étude propose au final quatre nouveaux modèles hydrologiques conceptuels, adaptés à des conditions climatiques et hydrologiques spécifiques. La modélisation hydrologique demeure imparfaite en raison d'un grand nombre d'incertitudes liées notamment à la description de la transformation pluie-débit par les structures du modèle hydrologique. L'approche multimodèle est une solution alternative, parce que la combinaison de modèles existants peut mener à de meilleurs résultats par rapport aux modèles individuels. La diversité des structures des modèles constitue souvent un des premiers principes du fonctionnement d‘un multimodèle de manière à compenser les erreurs et à améliorer les performances. Les 80 modèles présélectionnés et l'algorithme Backward Greedy Selection (BGS) sont ainsi utilisés afin de sélectionner l‘ensemble des modèles à combiner. Les tests ont été effectués sur six critères (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT et RDmse). Les résultats montrent que l'optimisation par MCRPS est la plus intéressante.<br>Many hydrologic models were developed in the last few decades. They should be capable of simulating all of the catchments but, in practice, their performance is dependent on the geology and climate, so no model structure is suitable for all modeling tasks. This doctoral thesis aims at proposing a model selection method, from a grand pool of candidates, which accounts for the identification of a pool of successful models in diversified climates conditions and the selection of appropriate models for the catchment climatic conditions (arid, humid, and continental) and modeling objectives (high, medium and low flows). It is based on 1446 models constructed using the Ensemble Multistructure Framework (EMF) and 100 climatically diversified American catchments. The focus of this study is to value flexible modeling approaches to identify successful models for a variety of climates. The model selection is first based on the individual performance of the 1446 models, comparing them to a reference model (GR4J). A pool of 80 diversified models is then identified for further investigation. To evaluate the impact of climate and metric on model performance, the 80 preselected models are evaluated on the three types of climates and three modeling objectives. At the end, four new lumped conceptual hydrologic models are tailored for specific climate and flow conditions. Hydrological modeling remains imperfect due to a large number of uncertainties, particularly related to the description of rainfall-flow transformation by hydrological model structures. The multimodel approach is an alternative solution, because the combination of existing models gives better results than individual ones. The diversity of model structures touches one of the first principles of the operation of a multimodel is the compensation of the errors to improve the performances. The 80 preselected models and the Backward Greedy Selection (BGS) algorithm are then used to select the models set to combine. Tests are performed on six optimizations (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT and RDmse). Results show that, the optimization by the MCRPS is most interesting when compare to other criterions.

La modelisation du fonctionnement hydrologique d'un bassin versant a, dans le contexte actuel, trop souvent tendance a s'enfermer dans la seule modelisation des debits de l'exutoire d'un bassin versant. Cette tendance est, en general, liee au fait que seules ces donnees sont disponibles sur les secteurs etudies. La validation d'un modele ne s'effectue donc dans ce contexte qu'a partir des hydrogrammes. Nous avons essaye, dans le cadre de ce travail, d'aller plus loin dans la parametrisation et la validation des modeles testes. Ainsi, l'integralite des donnees disponibles sur les bassins versants etudies a ete utilisee, soit pour l'amelioration de la modelisation et de la prise en compte de certains processus, soit pour la parametrisation des modeles, soit pour la validation a plusieurs echelles spatiale des resultats, concernant aussi bien les debits que le stock d'eau disponible dans les sols et le manteau neigeux. Pour tenir compte de la double interaction terrain-modele, modele-terrain, et mener a bien nos objectifs, il nous a fallu choisir d'une part des bassins et d'autre part des modeles. En ce qui concerne les bassins, notre choix s'est porte sur le bassin versant de la fecht en amont de walbach (211 km#2), sur celui de la weiss en amont de freland (117 km#2), son principal affluent, ainsi que sur celui du russeau de soultzeren (12,5 km#2). En ce qui concerne le modele, notre choix s'est porte d'une part sur un modele conceptuel distribue: le modele couple, teste sur les bassins de la fecht et de la weiss et d'autre part, sur le modele topmodel, nous permettant de tenir compte de l'importance de la dynamique des surfaces saturees en eau sur le fonctionnement hydrologique d'un bassin versant de quelques kilometres carres. Notre travail s'organise en quatre parties: dans une premiere partie, nous presenterons le cadre physique des bassins etudies, les differents aspects du cycle de l'eau et les equipements disponibles sur le terrain. Dans une deuxieme partie, nous presenterons le modele couple et nous effectuerons une discretisation des bassins en fonction de criteres naturalistes ainsi qu'une parametrisation a base physique du modele. Apres une phase de calibration, nous presenterons les principaux resultats de la validation et de la transposition du modeles sur les bassins versants etudies. Dans une troisieme partie, nous presenterons la modelisation mathematique du fonctionnement hydrologique du bassin versant du ruisseau de soultzeren a partir de topmodel comprenant: une typologie et une etude du fonctionnement des surfaces saturees sur le bassins etudie, une presentation generale du modele, la discretisation du bassin et la parametrisation du modele et finalement les simulations et les resultats

Les nappes d'eau souterraines ne sont que très rarement connues dans leur globalité. Leur volumes, associés aux caractéristiques du milieu poreux aquifère, relèvent le plus souvent de mesures ponctuelles in situ (pompage d'essai, piézométrie). Les valeurs ainsi calculées sont difficilement extrapolables à l'ensemble aquifère. L'objectif de la thèse est donc d'apprécier les principales grandeurs caractéristiques du milieu poreux à partir de données hydroclimatologiques et morphométriques faciles à collecter. La démarche proposée a été appliquée à l'aquifère du Lias Infèrieur et Moyen périardennais (superficie de 320 km2) découpé en 51 bassins de lithologie homogène.

L'état des cours d'eau est caractérisé à partir des réseaux de mesure, qui comportent un nombre réduit de stations par bief, ou à l'aide de modèles déterministes, qui simulent les processus physiques de façon approchée. La thèse explore les solutions offertes par la géostatistique pour améliorer l'estimation des concentrations le long d'un réseau hydrographique à partir des mesures aux stations, puis pour combiner ces mesures à la modélisation déterministe. Un modèle variographique valide sur un arbre a été développé par C. Bernard-Michel (2006), mais l'inférence n'avait pu être réalisée, les stations de mesure s'avérant trop peu nombreuses. Pour remédier à ce manque de données, la démarche consiste à utiliser le modèle déterministe ProSe (Even et al, 1998, 2004, Flipo et al, 2004) comme maquette. Pour les nitrates et l'oxygène dissous, les résultats du modèle ProSe sont d'abord comparés à différents ensembles de mesures, révélant des discordances. Des conditions aux limites amont combinant ces différents types de mesure sont reconstruites par co-krigeage, ce qui améliore la concordance entre ProSe et les mesures. Par ailleurs, la modélisation conjointe des variogrammes des mesures et des résultats de ProSe s'avère être un outil efficace de diagnostic des imperfections du modèle déterministe. Jugée admissible comme maquette, la simulation ProSe est utilisée pour tester les hypothèses de la modélisation géostatistique et en réaliser l'inférence. Différents modèles géostatistiques permettant d'estimer les concentrations entre stations à partir des mesures sont alors comparés. Enfin, la simulation ProSe est recalée aux mesures via une estimation géostatistique bivariable<br>The river water quality is characterized either from measurement networks with a few sites by edge or thanks to physics-based models that simulate physical processes approximately. This thesis explore the solutions that geostatistics offer to improve the estimation of concentrations along a river network based on measurements, and then to combine these measurements with the physics-based simulation. A variographic model valid on a tree was developed by C. Bernard-Michel (2006), but its inference was made impossible by the too small account of measurement sites. To remedy this lack of data, the idea consists in considering the physics-based model ProSe (Even et al, 1998, 2004, Flipo et al, 2004) as a replica of reality. For nitrates and dissolved oxygen, the ProSe model outputs are first compared to different measurement sets, revealing discordances. Upstream boundary conditions combining these different kinds of measurement are reconstituted by co-kriging, what improve the agreement between ProSe outputs and measurements. Besides, the joint modelling of variograms of Prose outputs and measurements turns out to be an efficient tool for diagnosing the physics-based model imperfections. Admitted as a replica of reality, the ProSe simulation is then used to test the hypotheses of the geostatistical modelling and to perform its inference. Different geostatistical models for the estimation of concentrations based on measurements are then compared. Finally a geostatistical estimation combining the ProSe simulation with measurements is carried out, with promising results

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

Les systèmes géomorphologiques répondent sédimentologiquement et morphologiquement aux modifications exogènes. Cette propriété peut être utilisée pour identifier les failles actives et tracer l'importance des mouvements surrectifs dans les chaines actives. Après une mise au point méthodologique et scientifique (chapitre 1), la réponse sédimentaire des bassins d'alimentation de la Têt et du Tech au cours du plio-quaternaire, fait l'objet du chapitre 2. Les méthodes séquentielles multiscalaires des environnements de dépôt permettent la reconstitution des paléopaysages. Trois séries pliocènes sont identifiées qui traduisent d'importantes modifications paléogéographiques et la migration des zones érodées sous contrôle tectonique. La sédimentation quaternaire s'effectue dans un contexte marqué par une permanence des conditions de dépôt. Toutefois, l'individualisation du bassin du Réart et la reprise des apports latéraux exprime la poursuite de la déformation durant le quaternaire. Afin de quantifier la déformation tectonique verticale, les principales caractéristiques morphométriques des bassins d'alimentation ont été analysées quantitativement (chapitre 3). Elles mettent en évidence d'importantes variations spatiales de la surrection. Pour contraindre cette observation, l'étude de la morphologie des escarpements de failles a été entreprise (chapitre 4). La déformation sur la faille de la Têt et du Tech s'accroît vers l'ouest. Le prolongement dans la plaine du Roussillon de ces structures est abordée par une méthode d'analyse géomorphostructurale, utilisant des MNT. L'analyse microtectonique précise leur cinématique et permet de proposer un modèle de formation des reliefs, associe au décrochement senestre des principaux accidents. Ils engendrent une topographie ou alternent moles et bassins pull apart, qui contrôle la sédimentation plio-quaternaire. L'importance de la néotectonique plio-quaternaire nécessite une réévaluation du risque sismique dans les Pyrénées orientales<br>Geomorphic system responds to exogenic control modifying their morphology and sedimentary parameters. This property can be used to sign uplift in active mountain belt. First chapter focuses on methodology and scientific context of the study. Chapter 2 interested in sedimentary response of the main drainage divided (Têt and Tech basins). Sequential stratigraphic analyse of plio-quaternary deposits allows paleo environmental restitution. Three mega-sequences are distinguished, reflecting high variability of sedimentary and paleogeography surrounding. It suggests tectonic driving environment. Hydrodynamic and environmental parameters keep up during quaternary time. The individualisation of the Réart basin and turn to lateral alluvial deposits suggest pursuit of tectonic deformation. Morphologic response of drainage basins is point out by morphometric characteristic of drainage basins (chapter iii). It focuses on spatial variation of channels network and basins characteristic. Channel patterns are under control of regional or general parameters. However, longitudinal profile of the main rivers and morphometric characteristic suggest east-trending variation of basin maturity. Tet and Tech's scarp fault morphology confirm east-west morphological gradient. It shows growth of the deformation from east to west. Geomorphostructural analyse, using DEM, informs on prolongation of this morph structure in the Roussillon basin. It suggests high activity during plio-quaternary, resulting from left lateral strike-slip tectonic. It induced formation of alternate push up and pull apart basin, controlling plio-quaternary sedimentation. Neotectonic evidence implied seismic hazard re-evaluation in this part of the Pyrenees

La modelisation de la gestion integree de la ressource en eau dans le bassin versant du mae klong (31 000 km 2) s'appuie sur l'approche systemique. La variabilite de la ressource et l'intensification des usages (production hydroelectrique, irrigation, alimentation en eau potable, protection contre les intrusions salines, tourisme ecologique) incitent a une gestion prudente des hydrosystemes amenages. Pour aborder des conditions dynamiques complexes, les modeles de simulation qui prennent en compte des regles de gestion parfaitement definies jouent un role crucial. L'analyse systemique, d'une part, et l'outil de modelisation vensim, base sur les methodes de dynamique des systemes, d'autre part, constituent des moyens d'analyse et de representation des systemes complexes. Deux types de modeles sont mis en uvre : un modele pluie-debit pour estimer les ressources en eau en plusieurs points de controle du bassin versant et un modele de decision integrant la conduite operationnelle des ouvrages, les contraintes reglementaires et l'evaluation economique.

Des méthodologies d’analyse spatiale probabiliste fondées sur les SIG ont été développées pour cartographier la susceptibilité et l’aléa aux ‘mouvements de versant’ à méso-échelle (1/50 000ème-1/25 000ème), mais peu ou pas à l’échelle du 1/10 000ème, échelle de la cartographie réglementaire des risques. En France, le zonage des PPR est basé sur une approche ‘expert’ jugée assez subjective en raison des erreurs d’appréciation de l’expert. Ainsi, cette recherche a pour objectif de tester la validité de méthodes d’analyse spatiale et de modélisations probabilistes à cette échelle du 1/10 000ème. La démarche repose, en complément d’un zonage de type ‘expert’, sur la sélection de trois méthodes d’analyse spatiale par SIG fondées sur les Logiques floues, la Théorie de l’évidence et les Régressions logistiques. Ces trois méthodes étant sensibles aux variables à introduire (variables à modéliser et variables prédictives), la procédure comporte trois étapes : acquisition des variables à partir d’une cartographie morphodynamique, choix des variables par une analyse de sensibilité, comparaison des résultats pour déterminer la méthode la plus adaptée. Une néo-variable prédictive ayant un sens ‘géomorphologique’ et combinant plusieurs variables augmente la performance de chaque approche. Les meilleurs résultats acquis dans le bassin de Barcelonnette sont transposés sur un site secondaire pour tester leur validité. Un passage vers l’aléa est tenté par des modèles numériques à base physique. Cette thèse montre qu’il est possible d’obtenir des résultats performants à condition d’avoir une procédure de calage rigoureuse et d’introduire une vision experte dans le processus de calcul

La procédure d'identification consiste à rechercher un modèle mathématique adéquat pour un système dynamique donné à partir de données expérimentales. L'identification de systèmes naturels est cruciale pour une meilleure compréhension de notre environnement et cette thèse vise à apporter une solution au problème de modélisation de la relation pluie/débit dans un bassin versant rural. A cet effet, deux structures de modèles non-linéaires sont étudiées : les modèles Hammerstein et les modèles Linéaires à Paramètres variants (LPV). La contribution principale réside dans le développement de méthodes dédiées à l'estimation de ces modèles, à temps discret ou continu, opérant en boucle ouverte ou fermée, en se concentrant sur le cas réaliste Box--Jenkins (BJ). De plus, les méthodes proposées ont été conçues spécialement pour fournir des résultats utiles dans le cas réel où le modèle de bruit est inconnu ou mal évalué. Le premier chapitre constitue une introduction à la problématique de l'identification de systèmes naturels et motive les développements théoriques impliqués. Le deuxième chapitre présente une méthode sous optimale de variable instrumentale pour l'estimation des modèles Hammerstein BJ grâce à l'augmentation du modèle considéré. Le troisième chapitre se concentre sur l'identification de modèles LPV-BJ, soulève les problèmes rencontrés par les méthodes existantes, et propose une solution via une reformulation du modèle. Enfin, le dernier chapitre est dédié à l'application de ces méthodes sur des données réelles pour la modélisation de la relation pluie/débit<br>System identification is an established field in the aera of system analysis and control. It aims at determining mathematical models for dynamical systems based measured data. The identification of natural systems is crucial for a better understanding of our environment and this work aims at solving the modelling problem of the rainfall/flow relationship in rural catchments. In order to achieve this goal, two nonlinear model structures are studied: the Hammerstein and the Linear Parameter Varying (LPV) models. The contribution of this work lies in the development of identification methods dealing robustly with estimation problem of such models, both in discrete-time and continuous-time, in open-loop and closed-loop configuration, focusing on the realistic Box--Jenkins (BJ) case. Moreover, the methods are especially designed to result in relevant estimates in case the noise model is unknown, which is the case in most practical applications. The first chapter is an introduction defining the problems encountered with natural systems and motivating the theoretical work induced. The second chapter presents a suboptimal Refined Instrumental Variable based method for Hammerstein BJ models. The third chapter focuses on the identification of LPV-BJ models, highlights the problems encountered by the existing methods and proposes a solution via a reformulation of the model. Finally, the last chapter is dedicated to the application of the presented methods on some real rainfall/flow data set acquired from a rural catchment situated in Rouffach, Alsace, France for the identification of the rainfall/runoff relationship

La procédure d'identification consiste à rechercher un modèle mathématique adéquat pour un système dynamique donné à partir de données expérimentales. Alors que l'identification de système est orientée majoritairement pour répondre aux problèmes de commande depuis les années 90, l'identification de systèmes naturels reste cruciale pour une meilleure compréhension de notre environnement. Cette thèse vise à apporter une solution au problème de modélisation de la relation pluie/débit dans un bassin versant rural. Un bassin versant est défini comme la portion de territoire délimitée par des lignes de crête, dont les eaux alimentent un exutoire commun : cours d'eau, lac, mer, etc. L'identification de la relation pluie/débit est un problème stimulant, de par la complexité à trouver une structure de modèle définissant le comportement du bassin dans son ensemble. De plus, dans les bassins ruraux, il y a une grande variabilité spatio-temporelle des propriétés du sol tant au niveau de la végétation, du type de sol ou de l'évapotranspiration et seulement une partie de la pluie totale ruisselle et contribue au débit à l'exutoire. Dans ce cas, les modèles linéaires ne sont pas adaptés et ne peuvent délivrer de modèle acceptable pour la relation pluie/débit. A cet effet, deux structures de modèles non-linéaires sont étudiées : les modèles Hammerstein et les modèles Linéaires à Paramètres variants (LPV). La contribution principale de cette thèse réside dans le développement de méthodes dédiées à l'estimation de ces modèles, à temps discret ou continu, opérant en boucle ouverte ou fermée, en se concentrant sur le cas réaliste où le bruit de sortie est coloré et indépendant du processus étudié : le cas Box--Jenkins (BJ). De plus, les méthodes proposées ont été conçues spécialement pour fournir des résultats utiles dans le cas réel où le modèle de bruit est inconnu ou mal évalué. Finalement, ces méthodes sont utilisées sur des données réelles, acquises sur un bassin versant rural situé à Rouffach, Alsace, France et un processus d'identification innovant est proposé pour la modélisation de la relation pluie/débit.

Ce memoire presente un modele hydrologique spatialise, base sur des concepts physiques simplifies a des fins de gestion de la ressource en eau, tout en integrant le maximum d'informations spatiale et temporelle. Le bassin versant du gardon d'anduze (sud de la france) est retenu pour les applications. La demarche adoptee comporte deux parties: la premiere consiste en un inventaire et un traitement preliminaire de l'information disponible. On etudie la variabilite, d'une part spatiale de la structure du reseau hydrographique et de la structure des sous-bassins versants et d'autre part temporelle du champ pluviometrique. La caracterisation fractale de ces grandeurs conduit a degager leur caracteristiques independamment de l'echelle d'observation. La deuxieme partie est consacree au developpement du modele hydrologique. On discute separement des differents modules: la discretisation spatiale, le parametrage, le bilan vertical et la fonction de transfert. Une discretisation du sol en trois couches est specialement elaboree pour tenir compte des variables physiques du bassin (vegetation, topographie, texture du sol,. . . ). Le transfert de l'eau de chaque cellule hydrologique (ici les versants) s'effectue par un hydrogramme unitaire calcule a partir de la geomorphologie

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.

En France, les concentrations en atrazine, herbicide azoté interdit depuis 2003, ainsi que celles de ses molécules filles, présentent un risque de dépassement du seuil de potabilité des eaux. Ce dernier a été fixé à 0. 1 µg/l pour les molécules mesurées seules et 0. 5,µg/l en association avec les autres pesticides. Le risque lié à ces molécules qui peuvent être d'origine agricole et/ou urbaine, est du aux manques des données expérimentales, de maîtrise des mécanismes de migration et de transformations de ces molécules dans le sol. Les recherches réalisées dans ce travail nous ont permis de répondre à plusieurs points sur : ·les phénomènes les plus importants, marquants le comportement de l'atrazine et de ses molécules filles dans le sol ; ·les limites des modèles existants pour la modélisation de l'atrazine, et les difficultés affrontées quant à la mise en place de modélisation de ce type de molécules ; ·la vitesse de migration de cette molécule dans la zone non saturée ; ·la mise en évidence par voie numérique de certaines notions qui ont permis de représenter un premier bilan approximatif de l'état des lieux de la contamination en atrazine d'un site par simulation ; ·la préparation de la base d'un nouveau module en cours de développement prévue pour modéliser l 'atrazine dans l'outil WATERMODEL. Dans un premier temps, une bibliographie détaillée a été réalisée sur ces molécules, leurs comportements dans le sol et le sous-sol, et les phénoménes entrant en jeu dans leurs transformations. On a procédé ensuite à la mise en évidence de l'adsorption de cette molécule par la matière organique dans les premières dizaines de centimètres du sol en utilisant les outils PESTIFLUX et PESTAN. Dans le but de répondre aux contradictions des résultats obtenus, notamment la persistance de cette molécule dans la nappe 3 ans après l'interdiction de son utilisation en France dans le bassin versant d'Etaples, on a réalisé un modèle à base du Réseau de Neurones Artificielles qui montre l'existence d'un milieu fissuré expliquant la migration rapide de cette molécule vers la nappe<br>A partir des résultats précédents et les caractéristiques du site d'Etaples qui présente une contamination en atrazine par utilisation plutôt urbaine qu'agricole, on a estimé les quantités probablement utilisées en se basant sur l'avis des experts ainsi que sur la bibliographie. Un modèle du bassin versant d'Etaples a ainsi été créé. En raison des limites du logiciel MODFLOW qui ne traite pas des problèmes de migration des pesticides, une approche inverse des phénomènes a été utilisée. Il parait de cette recherche que les modèles hydrodynamiques de nappe sont insuffisants pour simuler correctement le comportement de l 'atrazine dans son cheminement du sol vers la nappe, puis au sein de la nappe. Par approches numériques mettant en jeu une modélisation par Réseau de Neurones Artificielles (RNA) puis par correction graphique des résultats, on a pu mettre en évidence le phénomène de dégradation d'une grande partie de l'atrazine épandue, puis l'entraÎnement par lessivage en des pomts singuliers d'infiltration. La migration est donc rapide par cheminement dans le réseau de fissures de la craie à l'occasion de saturation temporaire de celui-ci. D'autre part, une étude de vulnérabilité de la nappe de la craie du bassin versant de l'Aa (Audomarois) est proposée pour des pollutions ponctuelles par un micropolluant type hydrocarbure (le Benzène), dans le but d 'aboutir à une optimisation de la protection des captages du SIDEN France et de la communaUlé d 'agglomération de Sain/-Omer à Blendecques

L'etude se place dans le cadre d'un programme hydrologique et pedologique (hyperbav), mene par l'orstom sur un petit bassin versant (1,36 km#2), au nord de la cote-d'ivoire. Le relief est etudie grace a un modele numerique de terrain (mnt) au pas de huit metres; six cartes au 25000eme decrivent chacune une composante du paysage. L'utilisation d'un systeme d'informations geographiques (sig) a permis de combiner ces cartes et de distinguer six paysages caracteristiques sur le bassin. L'etude des fonctionnements elementaires qu'il est utile de prendre en compte pour comprendre celui du bassin versant complet est ensuite entreprise. 150 points d'observation semi-quantitative, repartis sur tout le bassin, permettent d'apprecier l'organisation spatiale des fonctionnements, eux-meme identifies sur quatre stations hydrologiques installees dans des ravines d'erosion. L'association de quelques mesures precises et d'un grand nombre d'observations plus simples s'est averee fructueuse. Le fonctionnement des differentes unites definies a l'aide du sig est caracterise. Les relations fonctionnelles entre ces unites sont etudiees sous l'angle de leur importance dans le determinisme de la genese des crues du bassin versant. L'etude apport des elements de reflexions quant aux techniques adaptees a la modelisation de la relation pluie-debit dans les milieux heterogenes et complexes

L'analyse systematique de l'interaction entre les activites humaines et le cycle de l'eau sur un territoire permet d'identifier une structure d'echanges de flux d'eau et de matieres solides et organiques entre six compartiments representant respectivement: les activites humains, les infrastructures d'adduction et d'assainissement, le sol, la nappe et le cours d'eau. Un modele integre est construit d'apres ce schema a l'aide du logiciel sosie et est applique au cas du bassin versant du lez et des etants palavasiens, sur une succession de trois sous-bassins. Les resultats de simulations rendent compte de la sensibilite a divers parametres et des possibilites d'evaluation de l'impact des choix d'equipement et d'amenagement. L'analyse est restreinte aux ordres de grandeur faute de donnees de verification. Le fonctionnement du complexe des etants palavasiens est represente par un systeme d'equations differentielles resolu par differences finies. Des processus influencant la qualite de l'eau des etangs sont compares sur divers horizons temporels. La construction du modele integre prouve leur faisabilite et leur utilite pour la gestion de l'eau. L'application identifie les donnees manquantes et revele la distinction entre les processus ecologiques et de transport des matieres

Les systèmes aquifères représentent une des principales ressources en eau potable actuellement, et sont directement connectés au cycle hydrologique dont ils constituent une partie souterraine. Dans le cadre du changement climatique est apparue la nécessité de développer un outil de modélisation numérique à même de rendre compte de la dynamique des systèmes aquifères de France. En Bretagne, les aquifères principaux sont sis sur un socle cristallin, peu profonds et très hétérogènes mais sont connectés directement aux rivières dont ils constituent le stock principal. Les données disponibles pour l’analyse de ces systèmes sont relativement faibles, nécessitant le développement d’une approche parcimonieuse mais à même de rendre compte de la complexité de la dynamique des systèmes aquifères situés dans les premiers mètres de roche altérée. L’approche développée ici est de modéliser les écoulements dans les versants qui sont agrégés dans la rivière dont les données de débits servent de point de comparaison à la calibration du modèle. Le modèle, couplé à des analyses de récession des débits en rivière, montre une bonne capacité à reproduire les processus d’écoulement des aquifères de socle, tout en donnant des indices sur le type de données nécessaires à la caractérisation de la physique de ces aquifères<br>Aquifers are one of the most valuable water resources to be used. They are connected to the water cycle of which they constitute the underground part. A need of a numerical tool suited to model France aquifers was pointed out in order to depict their dynamic within the global warming context. In Brittany, a France region, there are mainly shallow, heterogeneous crystalline aquifers, but well connected to the hydrological network, for which they are the main reservoir. Available data to analyze these aquifers are really scarce, requiring a parcimonious modelling approach. But they need to take into account the hich complexity of shallow altered aquifers. The devellopped model’s main aim is hillslopes flow modelling. The outgoing flow are aggregate in river, whose data area used for calirbation. The model compared to recession analysis shows a good ability to reporduce flowing processes, and describing the kind of data needful to infer shallow aquifers dynamics

Les ‘laves torrentielles' constituent un risque naturel majeur dans la plupart des zones de montagne. Ce terme désigne des volumes importants d'un mélange d'eau, de sédiments de toute taille et de matières organiques, fortement concentré s'écoulant dans les torrents de montagne. L'énergie considérable mise en jeu et la taille parfois considérable des bassins versants torrentiels rendent souvent peu efficaces les solutions techniques de protection contre ces écoulements. Traditionnellement, les études cherchant à évaluer les volumes sédimentaires potentiellement mobilisables portent soit sur la production détritique des versants, soit sur la fourniture sédimentaire uniquement en sortie de bassin versant, mais rarement sur l'évaluation des matériaux sources potentiellement mobilisables provenant à la fois du lit et des versants. Ainsi, des travaux scientifiques ont été engagés sur la base d'une meilleure connaissance du fonctionnement des laves torrentielles. Pour cela, nous avons développé une approche fondée sur l'analyse spatiale (mesuresn observations in-situ et cartographie SIG), des essais de caractérisation physique, géomécanique et rhéologique et une modélisation numérique. Le site expérimental du torrent de Faucon (Alpes du Sud), où deux importantes laves se sont déclenchées au cours de ces dix dernières années, a été choisi pour cette étude. La complexité des laves ne permet pas d'utiliser un seul code couplé, ainsi pour chacune des trois phases des laves (déclenchement, propagation et dépôt/étalement) des modèles spécifiques ont été utilisés. Cette thèse contribue à améliorer la connaissance scientifique des processus torrentiels et propose de nouvelles pistes de recherche pour le développement de futurs modèles.

La couverture hivernale des sols a un impact avéré sur la qualité de l'eau, en influant sur le transfert des flux de polluants d'origine agricole au sein de bassins versants. L'objectif de ce travail est de développer une méthode reproductible qui permette d'effectuer une prédiction à court terme de la couverture hivernale des sols. Une approche approximative reposant sur un modèle expert utilisant la règle des évidences de Dempster-Shafer a été retenue. Les résultats sont mitigés : Les prédictions sont cohérentes pour la classe " Sols couverts" mais restent problématiques pour la classe " Sols nus à peu couverts". L'utilisation de la théorie récente de Dezert-Smarandache, permet d'améliorer les scores de prédictions pour la classe " Sols nus à peu couverts ". Une évaluation de la reproductibilité du modèle est appliquée sur un bassin versant plus étendu. Si la classe " Sols couverts " reste bien évaluée, l'affectation spatiale de la classe " Sols nus à peu couverts " est en revanche toujours affectée d'un faible taux de prédiction correcte, illustrant la nécessité d'intégrer de nouvelles sources d'information pour cette hypothèse aux fortes variabilités spatiotemporelles<br>In intensive agricultural regions, winter vegetation covering is a key indicator of water transfer processes. Its prediction can help local decision making for restoring water quality. The objective of this work is to develop a reproducible method to predict the land cover distribution for the following winter season for the two hypotheses "Bare soils" and "Covered soils". The selected modelling approach is based on an expert model using the Dempster-Shafer rule. Results are ambivalent according to the studied hypothesis. The prediction scores are good at the watershed scale but present limits for allocating the land class at a field scale, especially for the "Bare soils" class. The Dezert-Smarandache theory is then applied and increases the prediction scores for the "Bare soils" class. The reproductibility of the modelling approach is then evaluated in applying the model on another study site. The "Bare soils" class remains well evaluated with both fusion rules, but the spatial allocation of the land class at a field scale is still not well managed, that indicates the need to integrate new sources of information in the model to better predict the future land allocation

Le bassin hydrographique du Tchad est le lieu de découvertes paléontologiques de premier ordre. Les fossiles, tout comme les données sédimentaires, traduisent des occurrences répétitives de phases humides (menant à des épisodes de marécages et de lacs géants) et arides depuis le Miocène supérieur (7 Ma) dans ce qui est désormais un désert. L’utilisation d’un modèle de circulation atmosphérique global (AGCM) a permis d’appréhender les grands mécanismes climatiques ayant influencé l’évolution hydrologique du bassin tchadien. Dans un premier temps, des expériences réalistes montrent l’importance jouée par l’insolation et les températures de surface du golfe de Guinée dans l’établissement d’un bilan hydrologique positif sur le bassin tchadien, via une migration septentrionale de la zone de convergence intertropicale (ITCZ). Les premières étapes du développement d’un modèle de lac dédié à ce bassin hydrographique ont été réalisées, afin de comprendre la rétroaction de grandes surfaces d’eau libre sur le climat régional, et sur l’éventuel maintien de conditions humides sur le bassin. L’aspect de la tectonique a été lui aussi abordé, par l’intermédiaire de simulations de sensibilité à l’évolution de la topographie liée au Rift est-africain. L’impact à l’Ouest et à l’Est du continent, en terme de circulation atmosphérique et de précipitations, à été quantifié, montrant qu’au premier ordre, la topographie est-africaine, s’il elle a directement influencé l’évolution des paléoenvironnements à l’Est, n’a pas joué de rôle déterminant pour le climat à l’Ouest, celui-ci étant principalement influencé par la circulation de mousson d’Afrique de l’Ouest<br>Numerous fossil discoveries and sedimentological records in Chad revealed alternating arid and humid phases (leading to giant lacustrine areas) over Chad basin during the late Miocene (ca 7 Ma). Using an Atmospheric Global Circulation Model, we assessed the atmospheric mechanisms and the forcing factors involved in this climatic pattern. We showed that cold Sea Surface Temperatures were necessary to reinforce West African monsoon, move northward the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ), and set a positive hydrological balance over Chad. To understand the feedback of a giant lake area on the regional climate, we made the first steps of the implementation of a code dedicated to lake and swamp surfaces in the AGCM. Moreover, with sensitivity experiments to topography, we assessed the tectonics impact, regarding the East African Rift System, and showed that it played a crucial role in East Africa aridification, whereas its impact on central and western Africa, including Chad basin, seems negligible

La comprehension des variations des concentrations en radon dans le sol necessite des mesures fiables et comparables et l'etude de l'influence des parametres externes. Un dispositif d'etalonnage a ete elabore dans le but de tester les appareils de mesure mis au point au laboratoire et les instruments de detection utilises lors des suivis des concentrations en radon. Une chambre d'accumulation a ete construite afin de quantifier l'exhalaison du radon et de mettre en evidence les vitesses ascendantes et descendantes des gaz du sol. Un suivi des concentrations en radon et de divers parametres externes a ete effectue durant 15 mois sur le site experimental du lamalou (herault, france). Les donnees ont ete traitees par analyses correlatoires et spectrales afin d'etudier l'influence de ces parametres sur l'evolution des teneurs en radon. Cette methode d'analyse confirme ou infirme l'existence de relations suggerees par l'observation directe entre parametres externes et teneurs en radon. Elle fournit des informations qualitatives et quantitatives sur ces relations et introduit la notion de temps de reponse. Ces informations sont necessaires a la modelisation du transport du radon a l'interface lithosphere-atmosphere et font de cette methode de traitement statistique des donnees une etude preliminaire importante

Cette thèse met en évidence les dynamiques spatiales en cours à l'échelle des paysages sur deux bassins versants du SOOI, en se focalisant sur les dynamiques d'occupation du sol qui affectent les processus érosifs. Cette thèse s'interroge sur les processus de dégradation affectant les bassins versants et sur les données spatiales à mobiliser dans des contextes très différents tels les territoires de La Réunion et de Madagascar. Les données de télédétection constituent dans ces contextes un atout. Elles permettent d'observer de façon régulière et à différentes échelles les territoires. Deux bassins versants sont suivis, le Fiherenana (Madagascar) et la Rivière des Pluies (La Réunion). Sur le Fiherenana, l'étude de l’érosion est abordée en considérant les dynamiques d'occupation du sol entre 2001 et 2013. Les informations, extraites du traitement d'images satellite SPOT 4 et 5, montrent une dégradation importante de la couverture forestière, particulièrement dans le secteur de Ranobé (section avale). Une perte de plus de 230 km² de forêt sèche est notée en 12 ans. Les pertes de sols estimées sur la même période, selon le modèle RUSLE, montrent une augmentation de l'érodabilité en raison de l'altération du couvert végétal. Sur la Rivière des Pluies, l'étude se focalise sur l'empreinte spatiale de deux processus, l'anthropisation des planèzes et son impact sur l'imperméabilisation des sols, ainsi que celle des mouvements de masse sur les fortes pentes. Ces phénomènes sont suivis à partir d'orthophotographies de l'IGN, entre 1997 et 2012. Ces travaux apportent une réponse spatialisée et quantitative des dynamiques de dégradation en cours sur les bassins versants du SOOI<br>Since the 20th centuries, the Southwest of Indian Ocean is particularly affected by anthropogenic degradations. This study aims to analyze degradations on drainage basin scale, which allows a suitable monitoring of critical areas, in the southwest of Indian Ocean. It focus on the assessment of land degradation and its causes, land cover change and erosion.The main difficulty stands in the implementation of reproducible methods and proceeds for developed and developing countries. In light of this, remote sensing data are relevant. Those data enable a regular observation of phenomena, allowing a full description of isolated lands and at different scale. This study combined, remote sensing data processing, spatial analysis and modeling to analyze degradations. Approaches include, data collection, their formatting or their preprocessing. Land cover information provided from Object-Based Image Analysis (OBIA) methodologies and Geographical Information System (GIS) authorized data conditioning and modeling. On the Fiherenana catchment, soil loss has been computed taking into account land cover changes. Those information were provided from SPOT 4 and 5 images from 2001 to 2013. Results confirmed the forest degradation especially in Ranobé, where we recorded a loss of more than 230 km² over 12 years. Lands affected by erosion process, spatialized and quantified by RUSLE model, also increased over this period. On La Rivière des Pluies, IGN’s orthophotographies, from 1997 until 2012, permitted urbans imprint analyzing. On Grand Éboulis site, vegetation monitoring revealed slumps. The study exposed spatial and quantitative results highlighting degradations dynamics on catchm

Dans un modele synthetique debit (q), duree (d) et frequence (f), note qdf, il s'agit, symboliquement de remplacer la dentelle des chroniques evenementielles q(t), par des courbes synthetiques q(d(t)) (t ou f representent des probabilites). La determination des qdf est d'abord ponctuelle, et limitee a chaque station observee en q(t) ou simulee en q(p(t)). La maniere dont ces qdf se transferent vers l'aval (ou vers l'amont) peut caracteriser tant les regimes naturels que les amenagements. Cette demarche a ete appliquee et testee sur le bassin versant du rival (isere) qui a des interactions fortes et complexes entre la riviere et la nappe. On a compare l'evolution reelle observee a celle qui resulterait d'une evolution classique regionale, toutes choses egales d'ailleurs, sans enr (echanges nappe-riviere) exceptionnels. Les differences trouvees, quantifiees dans le detail (selon d, t, superficie, etc. . . ), sont attribuables aux enr. Pour valider, on a elabore un modele physique simplifie d'infiltration-drainage, exploitant l'ordre de grandeur des conductivites regionales, et conceptuel dans sa representation de la topographie: menr. En demarche inverse, on peut estimer les effets d'operations d'amenagements hydrauliques sur le regime des crues modelise en qdf

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<br>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

Dans les régions orogéniques, l'accent a été très souvent mis sur la description des plis, des chevauchements et autres structures associées. Si les bassins avant-pays sont mieux documentés, en revanche, les autres structures flexurales liées au raccourcissement sont tres peu décrites. De plus, les relations entre structures compressives, en général, et le processus d'érosion-sédimentation ne sont quasiment pas abordées. Le but de ce travail consiste donc à chercher : 1) dans un contexte de raccourcissement horizontal et d'épaississement vertical de la croûte, les relations entre l'érosion-sédimentation et les structures compressives, 2) pourquoi les structures flexurales (en particulier intrachaîne) sont si rarement décrites. Une série d'expériences analogiques de compression crustale et supracrustale ou lithosphérique nous a permis de faire de nombreuses observations. Un chevauchement mis en place, avec érosion au toit et sédimentation au mur, voit son activité se prolonger. Au cours de cette évolution synsédimentaire, le chevauchement acquiert une géométrie listrique de plus en plus accrue. Cette évolution peut aussi s'accompagner de la mise en place des structures chevauchantes secondaires où la propagation est très souvent rétrograde. Ces chevauchements peuvent limiter une structure flexurale sur une seule de ces bordures. La subsidence y est accentuée par la sédimentation et l'évolution de cette structure asymétrique (de type avant-pays) peut aboutir à un enfouissement profond des sédiments le long des chevauchants limitrophes. Les structures flexurales peuvent aussi se trouver limitées de part et d'autre par des chevauchements de vergences opposées et convergentes. On a ainsi, à chacune des bordures, une évolution proche de celle d'une structure d'avant-pays. Mais, dans ces conditions, en fonction de la distance entre failles opposées, les structures peuvent finir par se "suturer" en surface piégeant ainsi le bassin compressif (généralement intramontagneux) qui peut demeurer inconnu.

Une meilleure connaissance des processus hydrologiques en crue est un enjeu majeur pour la gestion des ressources en eau. La grande complexité des processus incriminés dans la formation des écoulements rend leur conceptualisation délicate. Leur prise en compte est pourtant essentielle pour l'éclosion de nouveaux outils quantitatifs plus fiables. L'idée de la recherche actuelle est que la convergence pluridisciplinaire des résultats doit permettre de conserver les éléments essentiels pour une conceptualisation. Ainsi, les objectifs de ce travail sont (1) de rechercher les processus à l'origine des écoulements en utilisant le traçage géochimique et les mesures hydrologiques, sur trois petits bassins versants adjacents des Alpes-de-Haute-Povence (surface de 0,1 à 100 ha) sensibles à l'érosion ; (2) d' utiliser l'organisation spatiale et temporelle des processus pour obtenir une vision dynamique du fonctionnement ; et (3) d'élaborer un modèle conceptuel des bassins. Le suivi de la minéralisation des eaux sur les bassins montre que les cycles érosifs ne sont pas continus au cours de l'année mais suivent une dynamique saisonnière. Ce contrôle géochimique rend difficile l'utilisation de tels traceurs comme marqueurs des réservoirs contributifs à l'écoulement et a suscité l'utilisation de l'alcanité résiduelle, qui permet d'identifier des zones sources. A l'inverse, le traçage isotopique de l'eau (180) donne une décomposition temporelle des contributions, qui est souvent délicate à croiser avec une décomposition "géographique". Une nouvelle technique à trois composantes est mise en oeuvre et permet de réconcilier ces deux approches. Ainsi, les eaux issues du ruissellement de surface rapide sont majoritaires sur ces formations, mais des eaux de sub-surface issues d'écoulements retardés sont significativement contributives, en particulier en décrue. Ces écoulements sont également susceptibles de remobiliser en crue des eaux plus anciennes issues de réservoirs plus profonds<br>A better knowledge of the hydrologic processes during flood is a major issue for water resources management. The high complexity ot theses processes makes them delicate to conceptualize. Nevertheless, they must be taken into account to propose more reliable quantitative tools. The current research aims at using results from different fields to filter out the unessential parameters for a better conceptualization. In this way, the objectives of this work are (1) to study the hydrological processes using geochemical tracers and hydrological data measured on three alpine small adjacent basins (area from 0. 1 to 100 hectares) sensitive to erosion ; (2) to use the spatial and temporal organization of processes to get a dynamic overview of the global functioning ; and (3) to implement a conceptual model of these basins. The geochemical monitoring on these basins revealed that the erosive cycles are discontinuous through the year and have a seasonal dynamic. This geochemical control made it difficult to use such tracers as markers of the contributing reservoirs to the outflow. The use of residual alkalinity, which is chemically conservative, allowed identifying sources areas. On the other hand, the isotopic tracing 'with (180) provided a temporal decomposition of contributions, which is usually delicate to compare to a "geographic" separation. To combine these two approaches, a new technique using three end-members was implemented. The results revealed that surface water was the dominant component, but sub-surface water coming from delayed flows significantly contributed to the total flow, in particular during the falling limb of hydrographs. These flows were also shown to be comprised of pre-event waters coming deeper reservoirs

L'objectif de ce travail est de présenter une démarche élaborée et un protocole relativement simple pour l'étude du comportement de bassins fluviaux de toutes tailles, afin de prévoir les réactions de l'environnement aux oscillations hydroclimatiques naturelles ainsi qu'aux perturbations par pollutions d'origine agricole, urbaine ou industrielle. La méthodologie retenue repose sur la décomposition des hydrogrammes de crue en réservoirs de composition constante mais de contributions variables. L'application du modèle porte sur les bassins du Niger, de la Garonne, du Girou et de l'Amazone (incluant ses 8 principaux affluents). Le mémoire de thèse est composé de 5 chapitres : - Chapitre 1 : Tests de validation géochimique, hydologique et statistique du modèle à 3 réservoirs ; - Chapitre 2 : Erosion et pédologie dynamique sur le bassin du Niger amont ; - Chapitre 3 : Cycles biogéochimiques sur le bassin de l'Amazone et éclairage isotopique ; Chapitre 4 : Modèles de mélange appliqués au diagnostic des perturbations anthropiques ,sur les bassins versants de la Garonne et du Girou. - Chapitre 5 : Prévision des réactions de l'environnement aux oscillations du climat

Pour les pays du sous-continent ouest africain soumis depuis une trentaine d'années à un changement climatique sans précédent au XXème siècle, la modélisation de l'impact de la variabilité prévisible du climat sur les ressources en eau est fondamentale pour la planification des aménagements. L'objectif de ce travail est l'utilisation de simulation de pluies et d'évapotranspiration potentielle issues de scénarii climatiques en entrée de modèles hydrologiques, calés pour les grandes rivières d'Afrique de l'Ouest (Sénégal, Gambie, Sassandra) et Centrale (Logone-Chari), afin d'étudier la variabilité probable des ressources en eau au cours du XXIème siècle. Cette approche se fonde sur : - la connaissance de la variabilité des régimes pluviométriques et hydrologiques. Globalement, la période 1970-1998 est déficitaire et la décennie 90 témoignent de la persistance de la sécheresse. Ces déficits peuvent s'expliquer par une variation de l'espace couvert par la mousson s'inscrivant dans une dynamique à l'échelle de la circulation atmosphérique générale ; - l'évaluation d'outils de modélisation des régimes hydrologiques des grands cours d'eau régionaux. Deux modèles de bilans hydrologiques (GR2M et WBM), fonctionnant au pas de temps mensuel sur des grilles à la résolution du demi degré carré, ont été retenus. L'analyse de sensibilité modèles montre l'importance des précipitations et des états de surface dans la modélisation hydrologique. Cette évaluation souligne également la performance et la robustesse du modèle GR2M ; - le développement et l'application de scénarii climatique à partir des données issues des Modèles de Circulation Générale. Les sorties de modèles climatiques ne sont pas vraiment fiables mais les variations prévues peuvent être combinées aux observations pour générer des scénarii climatiques. L'utilisation des données de précipitations et de température du modèle HadCM3-A2, via deux scénarii climatiques, dans les modèles hydrologiques GR2M et WBM conduisent à la diminution des débits du Sénégal et de la Gambie, une augmentation suivie d'une diminution des débits du Sassandra et une augmentation des débits du Logone-Chari.

Différents types de cycles saisonniers de teneurs en nitrate dans les bassins versants agricoles sur socle sont observés. Le plus souvent, les teneurs sont maximales en hiver et diminuent en été. Des cycles saisonniers inverses ou intermédiaires sont également observés. Ce travail a permis d'identifier, par le biais d'approches expérimentales de terrain et de modélisation hydrologiques, les processus hydrologiques et hydrochimiques impliqués dans les variations saisonnières des teneurs en nitrate. Il a été mis en oeuvre que deux bassins versants armoricains (Kerbernez et Kerrien). La combinaison des différents résultats obtenus montre comment le comportement hydrologique des bassins versants, ainsi que les caractéristiques physiques (taille des compartiments, teneur en argile, conductivité hydraulique) et chimiques (distribution spatiale des teneurs en nitrate) du milieu peuvent conditionner la contribution relative des différents réservoirs, conduisant à l'obtention de différents types de cycles saisonniers.

Le bassin de l’Indus est, depuis les civilisations anciennes de Moen-Jo-Daro et Harrapa, sous l'influence constante d'un processus d'anthropisation. Les pratiques d'irrigation et de gestion de l'eau ont évolué pour s'adapter à une population de plus en plus dépendante de cette ressource. De grandes retenues, des barrages de dérivation et des canaux d'irrigation sillonnent tout ce bassin fluvial. Ils forment un ensemble de contrôles anthropogéniques auxquels le chenal de la rivière a dû s'adapter au fil du temps. Cependant, lorsque de très grosses crues comme celles de 2003, 2005 et 2010 balayent le bassin de l’Indus inférieur, elles modifient le comportement naturel du fleuve. À certains endroits cela se traduit par de larges migrations du chenal, gagnant des secteurs pourtant éloignés et théoriquement hors d'atteinte des eaux, ce qui provoque de gros dommages aux biens et peut entrainer des pertes humaines importantes. De même, la zone septentrionale du delta de l’Indus, composante intégrale du paysage fluvial et bon indicateur de l'état sanitaire de la rivière, est en cours de détérioration du fait de l'anthropisation. Cette situation s'est au cours de la dernière décennie aggravée du fait des cyclones tropicaux, devenus de plus en plus violents. A partir d'une approche basée sur l'étude précise de secteurs donnés, ce travail a pour objectif d'évaluer l'évolution du style du chenal de l’Indus ainsi que ses causes possibles, en insistant particulièrement sur les effets des crues. En complément de ce travail vient s'ajouter une étude de l'intrusion des eaux marines dans le delta et dans le chenal fluvial principal, ainsi que les effets des cyclones le long du littoral<br>The Indus basin is under a constant process of anthropogenic evolution since the earliest human civiliza-tions of Moen-jo-Daro and Harrapa. Irrigation and water management practices have evolved to serve the purpose of its ever dependent population. Large dams, barrage, link and irrigation canals stretch across the entire river basin. These form a set of anthropogenic controls, to which the river channel adjusts over time. But as large floods such as those in 2003, 2005 and 2010 flow down the lower Indus basin they modify the natural evolutionary behavior of the stream. In a few places this can be channel migration far and off to highly inhibited land resulting in widespread devastation of property and loss of human lives. Similarly, as a result of anthropogenic controls in the north the river delta which is an integral component of fluvial landscape and an indicator of the river's health, tends to deteriorate, This situation is further aggravated by coastal cyclones which have gained momentum during the last decade. This study aims to use a nested reach style approach in an evaluation of the channel's planform and its possible causes with particular focus on the effects of floods. An additional component is the study of the extent of sea water intrusion into the main river channel and the effects of coastal cyclones

Cette thèse a pour objectif de quantifier les potentialités pour laminer les crues de trois aménagements, augmentation de rugosité en lit majeur, diguettes transversales et retenues sèches. Des indicateurs quantifiant l'écrêtement, le retard du pic et le volume stocké permettent de caractériser objectivement ces effets. Nous avons mis en évidence le rôle clef de la capacité de stockage du lit majeur, donc sa largeur et sa pente longitudinale. De nombreuses simulations hydrauliques, monodimensionnelles et bidimensionnelles, ont été conduites sur des canaux fictifs. Les résultats permettent d'estimer correctement les ordres de grandeur dans un cas réel, la rivière Hogneau (Nord). L'utilisation d'un modèle 1D apparaît suffisante sauf quand la modification des champs de vitesse peut faire craindre des problèmes de sédimentation et d'érosion.

La construction d'un grand barrage est un projet aux conséquences économiques et sociales importantes voila pourquoi elle doit être précédée d'une étude opérationnelle et socio-économique détaillée. En premier lieu, l'étude opérationnelle doit porter sur les dimensions et le régime d'utilisation du barrage, la configuration géographique de son bassin de drainage et ses caractéristiques hydrologiques aussi bien que sur les contraintes de type environnemental qui peuvent s'exercer dans un cadre législatif national ou international. En second lieu, l'étude socio-économique doit prendre en compte tous les paramètres susceptibles d'influencer sur la durabilité du projet. Jusqu'à une époque récente, la large majorité des barrages était financée et gérée par le secteur public. Ainsi la profitabilité des projets n'était pas un élément prépondérant dans la décision de les construire. De nos jours, la libéralisation du marché de l'énergie dans les pays développés a conduit à la privatisation des infrastructures énergétiques et par voie de conséquence à l'application de nouveaux objectifs économiques dans le financement et la gestion des projets de barrage. Les décisions d'investissement sont conditionnées par l'évaluation de leur viabilité technique et de leur profitabilité tout au long de leur durée de vie qui est typiquement de 50 ans. Cette évaluation est basée sur l'usage d'un critère quantitatif nommé Valeur Actualisée Nette (VAN) aussi appelé Net Present Value en anglais (NPV). Cependant, comme l'eau est le fluide nécessaire au fonctionnement des centrales hydroélectriques, leur exploitation interfère avec la gestion des ressources en eau du bassin hydrographique qui les accueille. De ce point de vue, de nouvelles pratiques et réglementations ont été introduites dans l'Union Européenne par la Directive Cadre sur l'Eau (idem, WFD en anglais). Cette directive contraint chaque projet d'exploitation des ressources en eau à suivre des recommandations portant sur ses conséquences sociales et son impact sur l'environnement en respectant des contraintes à long terme relatives à sa durabilité en cas de changement climatique. Le travail présenté porte sur l'exploration du couplage entre différents modèles mathématiques traitant de l'hydrologie, l'exploitation hydroélectrique, le changement climatique et l'évaluation économique dans le but de proposer les moyens d'effectuer des décisions équilibrées satisfaisant aux exigences des critères de financement de projet , au bien-être du public et aux pratiques qu'exigent la gestion de bassin hydrographique. Ce travail est illustré par l'étude du futur barrage de Temenos, projet mixte de production électrique et d'irrigation intéressant le bassin hydrographique du Mesta-Nestos. Ce bassin est partagé entre la Bulgarie pour sa partie amont et la Grèce pour sa partie aval. La rivière termine son cours dans la mer Egée après avoir formé le delta du Nestos dont la majorité de la surface est occupée par un système d'irrigation. Deux ouvrages hydroélectriques occupent actuellement la partie montagneuse du bassin du Nestos. Il s'agit du barrage de Thissavros dont le réservoir a une capacité de 565 millions m3 et du barrage de Platanovryssi situé en aval du précédent et dont la capacité est de11 millions m3. Les deux barrages sont liés par un système de rétro-pompage STEP (Station de Transfert d'Énergie par Pompage). Le futur projet Temenos devrait être exclusivement financé sur fonds privés. Situé en aval des deux barrages précédents, il est configuré pour augmenter la production d'électricité du précédent complexe et pour réguler le système d'irrigation de la basse vallée agricole du Nestos Les scénarios de changement climatique (SRES) développés par le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC ou IPCC, en anglais) prévoient de possibles changements climatiques décrits à l'échelle mondiale. Plus précisément, selon les résultats des modèles de circulation globale (GCM), la moyenne mondiale annuelle de la température de surface pourrait augmenter de 1.4 à 5.8°C sur une période allant de 1990 à 2100. Cette augmentation de température pourrait entrainer une augmentation de l'évaporation et influencer le régime des précipitations. Dans ce cas, un impact notable pourrait en résulter sur l'exploitation des installations hydroélectriques dont l'exploitation est particulièrement sensible à la quantité, au rythme et à la répartition géographique des précipitations et des températures. L'étude du changement climatique sur la zone du Mesta-Nestos est base sur les résultats du modèle climatique régional CLM de l'Institut de Météorologie Max Planck, Allemagne. Elle s'intéresse plus particulièrement aux scénarios B1 et A1B produits par le SRES. Le modèle CLM effectue un transfert à l'échelle locale des résultats du modèle global atmosphère-océan ECHAM5/MPIOM utilisés comme forçage. CLM est en particulier conditionné par les conditions aux limites du relief local. Les séries mensuelles de température, précipitation et évapotranspiration produites par CLM ont été utilisées comme données d'entrée du modèle hydrologique distribué MODSUR-NEIGE de manière à simuler le régime hydrographique du bassin en cas de changement climatique. Ce modèle est couplé au modèle de barrage HEC-ResSim décrivant en détail tous les éléments techniques du complexe hydroélectrique du Nestos et des réseaux d'irrigation existant dans le delta du Nestos ainsi que leur future extension à la plaine de Xanthi. Enfin, l'évaluation de la viabilité du projet Temenos en conditions de changement climatique a été effectuée à l'aide d'un nouvel outil économique basé sur le calcul de la VAN et spécialement développé pour les besoins de l'étude. La thèse propose une approche holistique de l'évaluation de projet qui dépasse le strict cadre économique. Le calcul de la VAN a été étendu de façon à réunir les éléments de strict rendement économique (recettes tirées de la vente de l'énergie électrique et de l'eau d'irrigation ainsi que l'accroissement du revenu des agriculteurs) avec des éléments concernant les « externalités » du projet que sont la valeur de l'environnement (coût de restauration du bon état des eaux de surface dans le cas où le débit environnemental minimal ne peut être maintenu) et les bénéfices sociaux (compensations aux agriculteurs dans le cas où les débits d'irrigation ne peuvent être délivrés). On argumente le fait que cette approche combinée offre un outil efficace d'évaluation du projet selon une approche de développement durable. De plus, l'étude d'impact des scenarios de changement climatique a été augmentée d'une étude portant sur les conséquences que pourraient avoir différentes hypothèses d'évolution de la politique de gestion transfrontalière du bassin en relation avec l'exécution du traité de débit signé entre la Bulgarie et la Grèce à propos des eaux du Mesta-Nestos. Enfin, dans un contexte d'application des recommandations de la Directive Cadre de l'Eau (WFD), on propose d'explorer l'utilisation des méthodes de décision multicritère (MCDA, en anglais) pour gérer les conflits d'intérêt des différents acteurs du bassin dans la phase d'acceptation du projet Temenos et dans sa phase d'exploitation.

La modélisation hydrologique permet de quantifier la transformation pluie-débit au sein d’un bassin versant. Bien que les modèles parviennent généralement à représenter de manière acceptable le fonctionnement des bassins versants, cette représentation, nécessairement simplifiée, reste imparfaite, et une quantification des incertitudes est souhaitable. Cette thèse s’intéresse à la quantification de l’incertitude prédictive en modélisation hydrologique. Le principal objectif de nos travaux est d’explorer différentes méthodes qui permettent d’associer à des simulations ou des prévisions de débits déterministes des distributions probabilistes. Nous distinguons le contexte de simulation du contexte de prévision et adoptons dans ces deux cas une démarche comparative et pragmatique qui permet d’évaluer différentes approches sur un large échantillon de bassins versants français, à l’aide de critères d’évaluation adaptés. En simulation, nos travaux ont porté sur deux méthodes liées à l'estimation des paramètres des modèles hydrologiques, la méthode GLUE et le calage bayésien, ainsi que sur deux approches plus pragmatiques, l'approche multi-modèles, et le post-traitement statistique. Nos résultats suggèrent que les approches telles que GLUE qui ne s'appuient que sur un ensemble de différents jeux de paramètres ne parviennent pas, en général, à représenter de manière adéquate l'incertitude prédictive totale. L'utilisation d'un modèle d'erreur extérieur au fonctionnement interne du modèle hydrologique est nécessaire. Les méthodes de post-traitement suffisamment flexibles pour caractériser les erreurs résiduelles obtenues en calage parviennent à refléter de manière plus satisfaisante les marges d'erreurs du modèle hydrologique utilisé. Nous proposons également une méthode qui permet d'obtenir une estimation de l'incertitude prédictive pour les bassins non jaugés, au moyen d'un transfert des marges d'erreurs constatées sur les bassins jaugés. Les résultats indiquent que la méthode est prometteuse et fournit dans la plupart des cas des intervalles de confiance fiables et fins sur les sites non-jaugés. En prévision, nos travaux ont porté d'une part sur la comparaison de différentes méthodes de post-traitement statistique, et d'autre part sur l'interaction entre l'assimilation de données et le post-traitement au sein d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble. Les résultats obtenus montrent l'importance de la prise en compte de l'évolution de l'incertitude prédictive en fonction de l'échéance de prévision et mettent en évidence les gains de performance qui peuvent être obtenus quand la quantification de l'incertitude s'appuie sur une meilleure caractérisation de la situation de la situation de prévision. Enfin, nos travaux indiquent que l'utilisation conjointe de l'assimilation de données et d'une méthode de post-traitement permet d'améliorer les performances d'une chaîne de prévision hydrologique d'ensemble<br>Hydrological modelling aims to quantify the rainfall-runoff relationship at the catchment scale. Although hydrological models are generally able to provide an acceptable representation of the catchment behaviour, this representation is necessarily simplified and imperfect, as a consequence an evaluation of uncertainties is desirable. This thesis focuses on the quantification of predictive uncertainty in hydrological modelling. Our main objective was to explore several methods that can be used to complete the deterministic predictions of a rainfall-runoff model with probabilistic distributions. Two prediction cases were distinguished, namely simulation and forecast. We set up a comparative framework to evaluate different uncertainty quantification methods on a large set of French catchments. In simulation mode, we focused on two methods related to the parameter estimation issue, the GLUE uncertainty method and the Bayesian framework, as well as two more pragmatic approaches, a multi-model approach and the post-processing method. Our results suggest that the GLUE-like methods based on ensembles of various parameter sets do not provide an adequate representation of the total predictive uncertainty. An external model error is necessary. Post-processing methods that are flexible enough to adequately describe the residual errors of the hydrological model obtained during calibration give more satisfactory estimates of the modelling uncertainty. We also present a method able to transfer model uncertainty estimates from gauged to ungauged catchments. Our results demonstrate that the method holds interesting perspectives, providing in most cases reliable and sharp uncertainty bounds at ungauged locations. In a forecasting context, we compared several post-processing methods and evaluated the interactions between data assimilation and post-processing in an ensemble forecasting modelling chain. Results show the crucial role of the lead time on the estimates of predictive uncertainty. They also suggest that some improvement can be achieved when the evolution of flows is better taken into account by a post-processing method. Last, we investigated the interactions between data assimilation and post-processing in hydrological ensemble forecasting and showed the benefits of using both in an ensemble forecast system

L'objectif de cette thèse est d'étudier la thermicité de bassins sédimentaires et notamment l'effet de la géodynamique sur l'évolution thermique de la matière organique via le flux de chaleur. Trois bassins sédimentaires évoluant dans des contextes géodynamiques différents ont été étudiés: le bassin molassique suisse (bassin d'avant-pays), le bassin de Paris (bassin intraplaque) et le bassin de Sabinas (cadre géodynamique mixte). L'approche suivie repose sur l'utilisation de modèles thermiques de bassins permettant de simuler l'évolution des marqueurs organiques de thermicité utilisés pour contraindre les modèles. Une attention particulière a été portée à l'étude de la cinétique d'évolution des biomarqueurs (rapports d'isomérisation des hopanes et des stéranes). L'étude de la thermicité dans le bassin molassique suisse a permIs de valider l'utilisation des biomarqueurs pour la reconstruction de l'histoire thermique des bassins, et les résultats obtenus sont en accord avec l'hypothèse d'une anomalie thermique fin Jurassique début Crétacé. L'étude de la thermicité du bassin de Paris intègre à la fois les dépôts mésozoïques et paléozoïques (bassin Sarro-Lorrain) et est basée sur divers marqueurs de thermicité. Les résultats obtenus montrent que l'hypothèse d'un flux de chaleur élevé au Permien (extension régionale), puis décroissant jusqu'à l'actuel (relaxation thermique de la lithosphère) permet d'expliquer les profils de maturité observés. Au cours du Mésozoïque, le flux de chaleur n'a pas été affecté par les différents évènements géodynamiques ayant touché cette région, à l'inverse de ce qui a été observé dans le bassin molassique suisse. Durant le Mésozoïque, le flux de chaleur a été plus faible sur la partie est du bassin que dans le centre. Les simulations réalisées mettent également en évidence que l'essentiel de l'érosion ayant affecté l'est du bassin de Paris serait antérieur à l'augmentation du flux de chaleur lié au rifting oligocène, responsable des hautes valeurs de flux de chaleur observées sur l'est du bassin. L'histoire thermique du bassin de Sabinas a été étudiée en se basant sur la réflectance de la vitrinite. Diverses hypothèses ont été retenues, et celle incluant une anomalie thermique liée à une phase de subduction pourrait expliquer les niveaux de maturité (fenêtre à gaz) observés dans ce bassin. Il apparaît donc que seuls les évènements géodynamiques majeurs et affectant directement un bassin sont susceptibles d'influencer l'évolution du flux de chaleur et donc la maturation de la matière organique.

Ce travail présente quelques contributions à la modélisation<br />et à la simulation de genèse de bassins sédimentaires.<br />Nous présentons tout d'abord les modèles mathématiques et <br />les schémas numériques mis en oeuvre à l'Institut Français<br />du Pétrole dans le cadre du projet Temis. Cette première partie <br />est illustrée à l'aide de tests numériques portant sur des bassins 1D/2D.<br />Nous étudions ensuite le schéma amont des pétroliers utilisé pour la résolution des équations de Darcy et nous établissons des résultats mathématiques nouveaux<br />dans le cas d'un écoulement de type Dead-Oil.<br />Nous montrons également comment construire un schéma à nombre<br />de Péclet variable en présence de pression capillaire. <br />Là encore, nous effectuons une étude mathématique<br />détaillée et nous montrons la convergence du schéma<br />dans un cas simplifié. Des tests numériques réalisés<br />sur un problème modèle montrent que l'utilisation d'un nombre<br />de Péclet variable améliore la précision des calculs.<br />Enfin nous considérons dans une dernière partie <br />un modèle d'écoulement où les changements de lithologie et <br />les changements de courbes de pression capillaire sont liés.<br />Nous précisons la condition physique que doivent vérifier<br />les solutions en saturation aux interfaces de changement de roche et<br />nous en déduisons une formulation faible originale.<br />L'existence d'une solution à ce problème est obtenue<br />par convergence d'un schéma volumes finis.<br />Des exemples numériques montrent l'influence de la condition<br />d'interface sur le passage ou la retenue des hydrocarbures.

Il existe de nombreux modèles hydrologiques capables de prévoir les crues à l'exutoire d'un bassin versant. Un constat s'impose cependant : peu de ces modèles aident véritablement à comprendre le fonctionnement du milieu naturel sur lequel ils sont appliqués. Pourtant comprendre l'organisation spatiale du milieu naturel est d'une grande importance car son agencement impose les mécanismes qui dirigent ses flux. Il semble donc intéressant de modifier l'approche actuelle, essentiellement axée sur la prévision du phénomène, en apportant des éléments d'explication relatifs à l'organisation de l'espace et à la genèse des flux. Cette recherche propose de montrer comment cette explication de l'organisation du milieu naturel et de ses flux peut être réalisée. Son but est de définir, pour trois petits bassins versants de la Dorsale Tunisienne, des unités spatiales nommées "segments de paysages" qui autorisent un découpage de l'espace en tenant compte de l'ensemble de ses caractéristiques : depuis les formes du relief jusqu'à l'agencement des différents éléments minéraux et organiques qui composent le milieu. Basées sur un important travail de terrain et de nombreux traitements statistiques dont l'objectif est d'appréhender les types d'organisation présents dans le milieu naturel, ces unités sont établies le long des transects représentatifs puis sont extrapolées à l'ensemble du paysage. La carte des segments de paysages qui en résulte prend alors la forme d'un véritable modèle spatial qui met en évidence des entités propres à chaque paysage, représentatives de leur organisation spatiale et à partir desquelles il est possible de déduire le cheminement des flux d'eau et de matière<br>Several hydrological models are currently in use for predicting floods at the catchment outlet. These vary from lumped rainfall-runoff models which ignore flow processes in the catchment to distributed process-based models which attempt to quantify lateral and vertical fluxes. Few of these models integrate extensive field work and most are based almost entirely on readily available digital data. However flow processes are strongly affected by linear features (paths, roads, hedges. . . ) which are not easily detectable on most digital supports and by factors such as surface roughness or soil depth for which there is often no real data. In the approach described in this Thesis, the catchment was subdivided into landscape segments based on field mapping. These units represent homogeneous morpho-dynamic units that govern vertical and lateral fluxes of water and soil. The Thesis describes the method used for creating the units and landscape segments which will be used for quantifying both runoff and soil erosion

Objectifs de la thèse sont la caractérisation des roches mères, du degré du maturation de la matière organique, la reconstruction de la génération des hydrocarbures dans les formations antesalifères (Devonien, Carbonifère et Permien) de la partie Est du bassin Précaspien. Cette étude a permis de déterminer les faciès de pente au Carbonifère et leur progradation sur la plate-forme carbonatée d'âge Carbonifère pendant le Permien inférieur. Trois séries ont été identifiées comme roches mères : les calciturbidites du Serpukhovien-Moscovien à matière organique (MO) de type II marin (1) ; les turbidites du Viséen inférieur-moyen (2) et du Permien inférieur (3) à MO de type III continental et d’origine mixte - II/III. Les roches mères du Viséen et du Permien inférieur sont les sources les plus importantes d’hydrocarbures. Les roches mères ont été corrélées avec les huiles des réservoirs de même âge. Les échantillons étudiés ont généralement une faible maturité avec des PRV &lt; 0,75 et des Tmax &lt; 440°C. Le bassin Précaspien semble assez froid, le bassin Préouralien est plus chaud sous le chevauchement où les roches mères étudié ont atteint les conditions de la fenêtre à gaz. Ceci est confirmé par la modélisation Petromod 1D. Quatre zones dans lesquelles les profondeurs du début et de fin de la fenêtre à huile sont différentes ont été distinguées : la zone ‘Ouest’ (bassin) : de 4 - 9 km ; la zone de pente et de ‘Bordure’ : de 3 - 6 km ; le bassin Préouralien : de 2,8 - 5 km; la zone ‘Nappe’ (Izembet) : de 2 - 4 km. Les âges éventuels de piégeage d’inclusions aqueuses et hydrocarbonées correspondent au Permien, ce qui permet d’estimer la période de migration du pétrole<br>Aims of the thesis are the characterization of source rocks, of degree of maturity of the organic matter, the building of the genesis of hydrocarbons in the subsalt formations (Devonian, Carboniferous, Permien) of eastern part of the Precaspian Basin. This study allowed to determinate two facies of slope, the first (calciturbidites and breccia) during the Carboniferous and the second (turbidites) with downlap on the Carboniferous carbonated platform during the early Permian. The following formations were classed as source rocks : the calciturbidites of Serpukhovian, Bashkirian and Moscovian with organic matter (OM) of type II (marine); the turbidites of early and mid-Visean, and early Permian with OM of type III (continental) and mixture of type II and III. The turbiditic source rocks from Visean and early Permian are the most significant source of hydrocarbons. The source rocks correlate with the oil of the same age of reservoirs. The studied samples own generally a low maturity with Vitrinite reflectance lower than 0. 75, Tmax lower than 435°C. The Precaspian basin seems the coldest, the Preuralian basin is the hottest under the thrust of Ural where these rocks are inside the gas window. This fact is confirmed by the Petromod modelling. After all these data, we can distinguish four zones in which the depths of the beginning and end of the oil window are different: the western zone (basin) from 4 - 9 km, the zone of slope and border from 3 - 5 km, Preuralian basin from 2,8 - 5 km, and the eastern zone under the thrust of Ural (Izembet) from 2 - 4 km. The ages of trapping of fluid inclusions correspond to Permien, which allow to estimate the periode of oil migration

L'objectif de cette étude est de déterminer l'origine des apports des divers usages du sol sur les zones conchylicoles de la presqu'île Guérandaise (Loire Atlantique, France). Pour répondre à cet objectif deux approches sont conduites. La première consiste en une évaluation des risques de pollution des bassins versants par l'intermédiaire d'indices élaborés à partir du SIG. La seconde consiste à modéliser par l'intermédiaire d'AVSWAT les flux de polluants des bassins versants peu instrumentalisés et caractérisés par une forte variabilité des usages. Les résultats obtenus à partir du SIG et du modèle mettent en évidence la variabilité spatiale du risque de pollution en fonction des bassins versants. Les deux méthodes d'approche aboutissent à la conclusion que les bassins versants des marais maritimes du Croisic sont responsables, en majorité, d'apports d'origine urbaine et ceux des marais maritimes de Pen-Bé d'apports d'origine agricole<br>The aim of the study is to evaluate the origin of various anthropic continental uses in shellfish aquaculture areas of The presqu'île Guérandaise (Loire Atlantique, France). To carry out this research, two approachs are tested. The first consists in the assessment of pollution risks in watersheds by using index created with the GIS. The second method deals with modelling with AVSWAT model the pollutant flows from littoral watersheds slightly instrumented and characterized by a strong variability of agricultural and urban uses. The GIS and modelling results underline the spatial variability of pollution risks due to agricultural and urban uses according to the watersheds. These both methods highlight that in majority the tidal marshes of Traicts du Croisic receive urban contribution and the tidal marshes of Traicts de Pen-Bé collect pollution coming from agricultural practices