Dans le cadre du programme international AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), la haute vallée de l'Ouémé (centre ouest du Bénin), d'une superficie de 10.000 km2, est instrumentée (pluie, débit) depuis 1997. Le sous-bassin de la Donga (586 km2) est le cadre d'observations intensives précisant les processus hydrologiques essentiels et quantifiant les termes du bilan.<br />La recherche entreprise vise (i) à déterminer le fonctionnement hydrologique du bassin de la Donga par confrontation des données de précipitation, d'écoulement de surface, de nappe et d'évapotranspiration potentielle, (ii) à caractériser les écoulements par traçage naturel géochimique (paramètres physiques, éléments majeurs et traces) et isotopique (isotopes stables de l'eau : d18O et d2H) afin de hiérarchiser les processus majeurs mis en jeu. Le croisement des informations hydrodynamiques et hydrogéochimiques permet de reconstituer un schéma cohérent du fonctionnement hydrologique sur le bassin. Le caractère temporaire des eaux de surface, l'asynchronisme entre le tarissement des rivières et la vidange des nappes ainsi que la très faible minéralisation des écoulements traduisent une origine superficielle des débits et une déconnexion apparente de la nappe libre du réseau hydrographique.<br />En accord avec les processus mis en évidence, une décomposition de l'hydrogramme en deux composantes (ruissellement rapide sur surface saturée et flux de subsurface) a été retenue pour 2003 et 2004, deux années à pluviométrie et écoulement contrastés.

La compréhension des transferts sédimentaires depuis les zones " source " jusqu'aux zones de dépôt des sédiments constitue un enjeu majeur pour la lutte contre l'érosion des sols et la qualité des eaux. Portant sur de petits bassins versants côtiers de l'Ouest du bassin parisien, l'intérêt de ce travail est de présenter une démarche intégrée de la dynamique érosive à l'échelle du bassin versant, depuis l'analyse de la stabilité structurale des sols jusqu'au suivi haute fréquence des transferts de matières en rivière. L'objectif est d'identifier les facteurs contrôlant le ruissellement et l'érosion sur ces sites et de proposer une estimation des apports fluviatiles de matières en suspension (MES) à la Manche orientale. Les résultats obtenus soulignent que malgré des sols limoneux peu structurés générant des taux d'érosion à la parcelle importants, les bilans d'érosion enregistrés en rivière sont parmi les plus faibles du monde (10,1 t.km-2.an-1 pour le bassin de l'Yères, 1,3 t.km-2.an-1 pour le bassin du Dun et 6,6 t.km-2.an-1 pour le bassin de la Ganzeville). La comparaison de ces données avec celles de 214 bassins versants mondiaux montre que ces faibles bilans sont expliqués par la taille des bassins étudiés (< 1000 km2), le relief modéré et le faible débit spécifique. Régionalement, ce dernier facteur est contraint par un fonctionnement hydrologique karstique, qui est à l'origine non seulement du déficit de la balance des écoulements de surface mais aussi d'un stockage intrakarstique de matériaux fins issus de l'érosion des sols. Les résultats mettent en évidence des échanges nappe-rivière très importants sur les sites d'étude : la contribution des eaux souterraines au débit de surface est de l'ordre de 90 %. Concernant les apports fluviatiles de MES à la Manche orientale, l'extrapolation des bilans d'érosion obtenus à l'ensemble des fleuves côtiers du littoral haut-normand conduit à une estimation du flux exporté à la mer de 48 500 t.an-1. Issu de l'érosion des bassins versants côtiers, ce flux de MES apparait très faible tant à l'échelle mondiale que régionale où le flux de MES de la Seine atteint en moyenne 715 000 t.an-1 à Poses en amont de l'estuaire.

Compte tenu de l’évolution démographique et climatique planétaire, la gestion de la ressource en eau constitue un défi majeur auquel la communauté internationale devra faire face au cours du XXIème siècle. A cet effet, l'identification de la continuité hydrique entre les eaux de surface et les eaux souterraines permet l'introduction de la notion de gestion intégrée de la ressource. L'application de ce principe de gestion au bassin de la Seine, à travers l'estimation des échanges nappe-rivière, est rendue possible par la mise en pratique du concept d'interface nappe-rivière emboitées au sein de travaux de modélisation. Pour cela une procédure de modélisation multi-échelles peut être mise en place. Elle vise à intégrer des informations locales au sein de modélisation à une échelle supérieure. Dans ce mémoire, une procédure de modélisation multi-échelles est mise en œuvre. Ce protocole de modélisation est initié par une estimation des flux d'eau régionaux au sein de l'hydrosystème Seine. La cohérence globale de ces flux est garantie par le développement d'une méthodologie de calibration de modèles couplés en deux étapes. Ensuite les informations locales, que sont les hétérogénéités de la plaine alluviale de la Bassée et de la représentation des interfaces nappe-rivière du réseau secondaire, sont intégrées au modèle régional par une procédure de modélisation emboitée et de changement d'échelle des paramètres hydrauliques. La mise en place de cette procédure a finalement permis l'estimation fine des échanges nappe-rivière sur la quasi-totalité (83%) du réseau hydrographique naturel du bassin de la Seine et ainsi de répondre aux recommandations de gestion intégrée de la ressource faites par la directive cadre sur l'eau. / Given the current climate and anthropogenic evolutions, water management becomes one of the greatest challenges of the 21st Century. For that purpose, by identifying hydraulic continuity between surface and subsurface water, the concept of integrated water management can be introduced. In this work this management concept is applied on the Seine basin by quantizing hydrological processes occuring at the nested stream-aquifer interface. The implementatin of the nested interface concept can bedone through multi-scale modeling. This modelling procedure, aimed at embody the local characteristics of the interfaces (such as structural or hydrodynamic heterogeneities) in large scale models. A multi-scale modelling procedures is applied to the regional Seine basin model (70000 km²) in order, to study the hydrodynamic behaviour of the Bassée alluvial plain, and to quantify the stream-aquifer exchanged fluxes at the basin scale. The modelling protocol is initiated with regionals fluxes estimation over Seine hydrosystem. Regional fluxes consistency are assured by a two-step calibration procedure of fully coupled models. Then, the local characteristics of the Bassée alluvial plain, are implemented in the regional model by nested modelling methodology associated with upscaling procedure of hydraulics properties. Finally, the multi-scale modelling procedure lead to quantify distributed stream-aquifer exchanged water fluxes over 83% of the natural river network of the Seine basin, and thus, achieve to answer the integrated water resources management recommandations of the water framework directive.