La prévision des débits d'étiage est une question importante dans la gestion des bassins versants. Pendant les périodes de basses eaux, l'écoulement de base peut devenir une composante majeure des débits en rivière. Dans les modèles hydrologiques, la composante de l'écoulement souterrain est souvent très simplifiée. Ceci découle le plus souvent d'une caractérisation insuffisante des aquifères et les temps de calculs prohibitifs des modèles intégrant de manière complète l'écoulement souterrain. Cette thèse développe un modèle représentant les écoulements souterrains peu profonds et profonds qui nécessitent peu de paramètres et dont les calculs sont efficaces et fiables. Le modèle proposé peut être utilisé à la place d'un modèle d'écoulement souterrain en différences finies ou en éléments finis, mais il a été conçu dans le but d'être incorporé à un modèle hydrologique de bassin versant. Le modèle d'écoulement transitoire de versant "hillslope-storage Boussinesq" (hsB) (Troch et al., 2003, Paniconi et al., 2003) est sélectionné pour représenter l'écoulement souterrain peu profond à l'échelle locale. Le modèle hsB est couplé avec le modèle GLOW d'écoulement permanent basé sur la méthode des éléments analytiques (EA) (Strack, 1989; Haitjema, 1995) qui représente l'écoulement régional profond 2D horizontal. L'approche de couplage utilisée nécessite d'intégrer un terme de percolation à la base du modèle hsB. Ce terme de percolation est représenté par un flux vertical de Darcy à travers un aquitard hypothétique séparant le versant local de l'aquifère 2D régional. Afin de mieux comprendre les facteurs contrôlant la percolation, les facteurs tels que la géométrie du versant, l'inclinaison de la base, les propriétés des aquifères et les conditions limites sont évalués à l'aide d'un modèle 3D basé sur l'équation de Richards (Paniconi et Putti, 1994 ; Camporese et al., 2010). Les observations principales de cette analyse sont: i) l'eau peut circuler vers le bas ou vers le haut entre les aquifères de peu profonds et profonds et séparer les versants en trois zones distinctes: une zone de flux descendant à l'amont, une zone de flux descendant à l'aval et une zone de transition entre les deux; ii) l'inclinaison des versants et leur géométrie déterminent la partition des flux échangés. Ces résultats sont utilisés dans la mise en œuvre du couplage entre les modèles hsB et EA, où chaque versant et l'aquifère sous-jacent sont subdivisés en trois zones de percolation constante. Le modèle hsB/EA est testé sur différents types de versants et sur un bassin hypothétique formé de deux versants convergeant vers un cours d'eau. La comparaison avec les résultats d'un modèle numérique 3D basé sur l'équation de Richards et utilisé comme référence démontrent: i) que les charges hydrauliques, les taux de percolation et les débits aux exutoires sont généralement bien simulés; ii) de meilleurs résultats ont été obtenus pour les versants peu ou très peu inclinés aux géométries uniformes et divergentes; iii) les débits cumulés sont simulés de manière convenable pour le bassin hypothétique. Les écarts entre le modèle de référence sont attribués au fait que la zone non-saturée n'est pas représentée dans le modèle hsB et à l'hypothèse de Dupuit-Forchheimer du modèle EA qui néglige l'écoulement vertical dans la nappe profonde. Le fait que le modèle EA ne permette pas de simuler l'écoulement en régime transitoire est une autre limitation du modèle hsB/EA (e.g. Kuhlman et Neuman, 2009). Une application du modèle hsB/EA sur un bassin versant de 30 km2 situé dans la région de Covey Hill au sud du Québec a été réalisée. Dans cette application du modèle hsB/EA, les débits de base sont assez bien reproduits à l'exutoire du bassin versant pendant les périodes d'étiage. Toutefois, des écarts importants sont observés au cours des débits de pointe. Les erreurs sur les charges sont également non négligeables dans les zones où un gradient vertical a été observé. Ces erreurs peuvent être attribuées en parties aux limitations du modèle développé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : hydrologie des versants, percolation, équation de Boussinesq, équation de Richards, éléments analytiques, eaux souterraines stratifié, modèle couplé

La prévisibilité des changements dans la qualité et la quantité des ressources hydriques renouvelables repose sur une étude quantitative des mécanismes qui contrôlent ces paramètres. En lien avec cette problématique, la présente étude privilégie une approche fondée sur le monitoring géochimique des exports fluviaux dissous (δ2H-δ18O, cations majeurs, carbone organique dissous (COD), Nd, Sr, 87Sr/86Sr, U, (234U/238U)). L'élude a pour objectif (i) de tracer le cycle de l'eau et (ii) de documenter les taux d'altération chimique des roches au sein des basins hydrographiques des baies d'Hudson, de James et d'Ungava (HJUB) ainsi que du fleuve Saint-Laurent. La région d'étude couvre plus de 2,8x 106km2 sur 15 degrés de latitude. Les rivières Koksoak, Great Whale, La Grande et des Outaouais et les fleuves Nelson el Saint-Laurent ont fait l'objet d'un suivi temporel alors que dix autres rivières de la région ont été échantillonnées ponctuellement (durant la fonte des neiges et l'étiage estival) afin de fournir des informations complémentaires. Les teneurs en 2H-18O des rivières étudiées présentent des variations saisonnières systématiques dont l'amplitude atteint 1 à 5%o (δ18O). L'appauvrissement en isotopes lourds marquant la fonte des neiges constitue le trait caractéristique des profils isotopiques saisonniers. Lors de la période libre de glace, des enrichissements graduels en isotopes lourds sont observés en réponse à l'évaporation. La rivière La Grande est une exception à cette règle en raison de l'effet tampon causé par les réservoirs hydroélectriques qui la ponctuent. Lorsque rapportées dans un graphique δ2H vs δ18O, les rivières définissent des droites évaporatoires situées sous la droite des eaux météoriques et ayant une pente plus faible que cette dernière. À partir de bilans de masses isotopiques, il a été estimé que 10% de l'eau atteignant le bassin de la rivière des Outaouais est évaporée avant de rejoindre l’exutoire de cette dernière dans le fleuve Saint-Laurent. De façon similaire, on estime à 5-15% les taux d'évaporation dans les bassins hydrographiques du nord-est du Canada. Les rivières drainant les bassins hydrographiques contigus du nord-est du Canada définissent un gradient isotopique latitudinal (δ18O (%o vs VSMOW) = -0.36*Latitude+4.4%o) parallèle à celui rapporté pour les précipitations au niveau de la même région. Cette observation tend à indiquer que le gradient isotopique hérité des précipitations est conservé dans les rivières, malgré les processus subséquents à la recharge des bassins. Au sein des bassins de l'HJUB, les taux d'altération des roches ont été étudiés à partir des exports fluviaux dissous. Les rivières du bouclier présentent des concentrations en cations majeurs variant entre 62 ct 360 μM, des teneurs en néodyme ([Nd]) allant de 0.57 à 4.72 nM et des teneurs en COD variant entre 241 ct 1777 μM. En comparaison, le fleuve Nelson présente des concentrations en cations majeurs plus élevées (1200-2276 μM), des [Nd] plus faibles (0.14-0.45 nM) ct des [COD] intermédiaires (753-928 μM). Au sein des rivières Koksoak, Great Whale et Nelson, les concentrations en cations dissous (Na-K-Mg-Ca-Sr) présentent des variations saisonnières qui transcrivent l'effet des conditions hydro-climatiques. Comme pour les teneurs en 2H-18O, la dilution causée par la fonte des neiges constitue le trait caractéristique des chroniques saisonnières. Les rivières étudiées exportent vers l’HJUB un flux cationique dissout (Na-K-Mg-Ca-Sr) de 8x106 tonnes*an-1. Au sein des bassins hydrographiques, les taux d'altération chimique (cationique) des roches varient entre 1.0 et 5.6 tonnes*km-2*an-1. Le contrôle lithologique est proéminent, tel que suggéré par la relation établie entre l'abondance de roches volcaniques et sédimentaires (V+S%) dans les bassins et les taux d'altération cationiques des roches (ACR): ACR=0.8*(V+S%)+0.9. Les flux de Nd sont découplés des taux d'altération des roches mais corrélés aux taux de COD (r2=0.95). Ces derniers diminuent vers le nord et semblent tributaires des conditions hydro-climatiques. Les exports fluviaux d'uranium ont été étudiés a fin de fournir des précisions sur les processus d'altération des roches. Les rivières drainant le Bouclier canadien et la Plate-Forme Intérieure présentent des signatures [U] vs (234U/238U) distinctes. Dans le fleuve Nelson (Plate-Forme Intérieure) les [U] varient entre 1.05 et 2.45 nM et les déséquilibres (234U/238U) atteignent 1.21 à 1.25. Les [U] sont plus faibles au sein du Bouclier canadien (0.04-1.24 nM) alors que les déséquilibres (234U/238U) sont plus variables (1.11-1.99). Dans l'ensemble, les rivières étudiées exportent 3.4x105 moles*an-1 d’uranium vers l’HJUB, avec un ratio (234U/238U) moyen de 1.27. Les flux d'U sont découplés des taux d’altération des roches et l'accumulation d’uranium au sein de dépôts organiques semble intervenir sur les budgets à l’échelle des bassins. Les signatures (234U/238U) distinctes des rivières étudiées pourraient offrir la possibilité de tracer les exports fluviaux dissous au sein du domaine océanique de l’HJUB. ______________________________________________________________________________

Le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) fait partie d'une grande variété de modèles climatiques développés à travers le monde. Basé sur les lois fondamentales de la physique et sur les techniques numériques les plus modernes et les plus performantes, il génère des variables avec une bonne résolution spatiale qui sont physiquement cohérentes entre elles. Dans le cadre de cette thèse, le MRCC est utilisé pour étudier une large gamme de processus liés au cycle de l'eau. Une approche intégrée d'analyse et de validation du cycle hydrologique du modèle a été développée. Cette approche comprend une analyse à l'échelle multi-annuelle pour l'ensemble d'un bassin versant et intègre les deux branches du cycle hydrologique : atmosphérique et terrestre. Cette façon de procéder nous a permis d'évaluer la capacité de trois versions du MRCC à simuler correctement chacune des composantes du bilan hydrologique. Parallèlement, la sensibilité de ces composantes aux différents paramétrages physiques a été examinée. Dans un premier temps, les comosantes du cycles hydrologiques sur le bassin versant du Mississippi simulées par les versions 3.6 et 4.0 du MRCC ont été comparées et évaluées par les observations et quasi-observations (estimations basées sur les observations et sur une analyse du bilan de l'eau). Les changements entre la version 3.6 et 4.0 portent sur plusieurs éléments: le schéma de radiation solaire à deux bandes a été remplacé par un schéma à quatre bandes; le schéma de surface de la première génération a été changé par un schéma beaucoup plus sophistiqué de la deuxième génération ; les traitements de couverture des nuages et du transfert turbulent dans la couche limite ont été également améliorés. L'effet net de tous ces changements dans les paramétrages physiques du MRCC est une réduction importante des biais moyens annuels d'évapotranspiration (de 42% à 10%) et de précipitation (de 17% à -6%) ainsi qu'une meilleure représentation de la distribution spatiale de ces variables. Les cycles annuels de précipitation, d'évapotranspiration, de convergence de flux d'humidité et de tendance dans le stockage de l'eau terrestre ont également montré une amélioration importante. Cependant, le biais annuel du ruissellement a légèrement augmenté (de -41 % a -45%). Dans un deuxième temps, une paire de simulations se distinguant seulement par le paramétrage de processus de surface a été analysée afin de mieux comprendre le rôle de ces processus dans le cycle hydrologique du modèle. Les résultats de l'analyse, effectuée sur trois grands bassins versants (Mississippi, Saint-Laurent et Mackenzie), montrent que le schéma simple de la première génération a d'importantes limitations dans la simulation des processus associés à l'évapotranspiration. Si les biais dans les moyennes annuelles des composantes principales du cycle de l'eau pour les simulations basées sur les deux schémas de surface sont plutôt similaires, les cycles annuels basés sur le schéma de la première génération montrent des biais très grands. L'analyse d'une autre paire de simulations, générées avec la même version du modèle, mais pilotées avec des réanalyses atmosphériques différentes, a mis en évidence la sensibilité du cycle hydrologique aux données utilisées pour piloter le modèle régional à ses frontières. La sensibilité aux données du pilote est en général plus faible que la sensibilité au schéma de surface et s'est montrée plus grande pour les bassins nordiques (Mackenzie et Saint-Laurent). L'analyse d'une troisième paire de simulations avec des conditions initiales différentes a montré que la variabilité interne du modèle à l'échelle multi-annuelle sur l'ensemble d'un bassin versant est négligeable par rapport aux modifications introduites par le changement du schéma de surface et du pilote. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle hydrologique, Bassin versant, Modèle climatique, Paramétrages physiques.

Dissertação(mestrado)- Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Geografia, Instituto de Ciências Humanas e da Informação, 2009. / Submitted by Caroline Silva (krol_bilhar@hotmail.com) on 2012-08-10T14:20:33Z No. of bitstreams: 1 dissertacao rafael.pdf: 14129202 bytes, checksum: 86c9b300a2f10e2207e6f072e77c784e (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2012-08-23T16:47:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertacao rafael.pdf: 14129202 bytes, checksum: 86c9b300a2f10e2207e6f072e77c784e (MD5) / Made available in DSpace on 2012-08-23T16:47:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao rafael.pdf: 14129202 bytes, checksum: 86c9b300a2f10e2207e6f072e77c784e (MD5) Previous issue date: 2009 / A produção do espaço com suas novas configurações, ao longo da história da humanidade, proporcionou um amplo e poderoso arsenal de tecnologias, capaz de transformar o meio geográfico em um curto espaço de tempo. Porém, esta inserção tecnológica no meio proporcionou modificações de grande magnitude, onde se destaca a degradação dos solos e suas conseqüências nos diversos setores agregados. Segundo dados do IBGE (2002) o assoreamento está entre os quatros problemas ambientais mais freqüentes no país. Este problema atinge, principalmente, a metade sul do Rio Grande do Sul, onde 58% do assoreamento somos ocasionados pela erosão hídrica. Diante do exposto, surge a necessidade de estudos relacionados ao planejamento socioambiental em diferentes escalas de análise, como por exemplo, as bacias hidrográficas. Um dos desafios nas pesquisas de cunho ambiental é a definição de unidades ambientais homogêneas que possibilite abarcar as novas demandas no enfrentamento dos problemas ambientais na escala global ou local e de forma integrada (NOAL, 2001). Neste contexto, inserese a realização deste estudo que busca identificar e caracterizar os processos de degradação do solo, com ênfase na definição e análise de áreas suscetíveis à erosão na região que abrange a bacia do Arroio Pelotas, com o auxilio dos Sistemas de Informações Geográficas e do Sensoriamento Remoto. Para análise dos processos erosivos adotou-se como unidade de estudo a Bacia do Arroio Pelotas, que abrange os municípios de Pelotas, Canguçu, Morro Redondo e Arroio do Padre. Os pressupostos teórico-metodológicos que fundamentam esta pesquisa baseiam-se na abordagem sistêmica aplicada ao planejamento ambiental e às novas aplicações de geotecnologias no âmbito da Ciência Geográfica. Através da cartografia, um método de análise e representação espacial, elaborou-se o mapa de suscetibilidade à erosão utilizando-se o Sistema de Informações Geográficas ARCGIS. A partir da Cartografia de Síntese obtiveram-se cinco unidades de risco à erosão. Os resultados obtidos com este estudo apontaram que cerca de 90% da bacia do Arroio Pelotas apresenta áreas suscetíveis à erosão. Destes, 8% são consideradas de intensidade forte; 41% de intensidade forte a moderada; e 44% de intensidade moderada. Por fim, estes dados poderão subsidiar atividades relacionadas ao planejamento socioambiental na área da bacia do Arroio Pelotas. / La production de l'espace avec vos nouveaux paramètres, travers l'histoire de l'humanité, a fourni un large et puissant arsenal de technologies qui peuvent transformer l'environnement géographique dans un court espace de temps. Cependant, cette insertion technologique dans le milieu, conduit à des changement de grande ampleur, ce qui faits saillants la dégradation des sols et de sés conséquences dans les plusieurs domaines agrégats. Selon l'IBGE (2002), la sédimentation est parmi les quatre problèmes environnementaux les plus courants dans le pays. Ce problème affecte principalement la partie sud du Rio Grande do Sul, où 58% de la sédimentation est causée par l'érosion hydrique. Donc, se pose le besoin d'études liées au développement sociale et environnementaux dans différenteséchelles d'analyse, comme par exemple les bassins. Un défi pour les études de base environnementaux sur la définition des unités de l'environnement, qui permet La couverture homogène des nouvelles exigences dans le traitement des problèmes environnementaux de une manière globale ou locale et intégrée (Noal, 2001). Dans ce cas, on pose la réalisation de cette recherche environnementaux qui vise à identifier et caractériser les processus de dégradation des sols, en mettant na évidence sur la définition et l'analyse des zones sensibles à l'érosion de la région qui couvre le bassin Pelotas, avec l'aide des systèmes d'information géographique et de remote sensing. Pour l'analyse du processus d'érosion a été assume comme unité d'étude le bassin Pelotas, qui comprend les Villes de Pelotas, Canguçu, Morro Redondo et Arroio do Padre. Les hypothèses théoriques et méthodologiques qui sous-tendent cette recherche sont basés sur le traitement systémique appliquée au développement environnementale et de nouvelles applications des SIG autour de la Science géographique. Ver la cartographie, un méthode d'analyse et de représentation spatiale, nous avons élaboré le plan de la susceptibilité d'érosion en utilisant le système d'information géographique ArcGIS. A partir de la cartographie de synthèse on a obtenu cinq unités de risque d'érosion. Les résultats de cette étude a montré qu'environ 90% du bassin Pelotas présente des zones sensibles à l'érosion. De ce nombre, 8% sont considérées comme de haute intensité, 41% d'intensité modérée à forte, et 44% d'intensité modérée. Enfin, ces données pourraient soutenir les activités liées à la planification sócio environnementaux dans la zone du bassin Pelotas.

Les navires océanographiques de l’Ifremer utilisent des équipements acoustiques de type SONAR afin d’étudier les ressources marines et de caractériser la nature des fonds. Dans certaines conditions de navigation, un entrainement d’air est généré sous la surface libre suite à l’interaction de la houle avec la coque et/ou l’interaction des mouvements du navire avec la surface libre. Des bulles d’air sont ainsi formées et entrainées par l’écoulement sous la coque du navire, ce qui contrarie fortement les performances des équipements acoustiques. L’objectif de cette thèse est de caractériser finement le phénomène de génération de bulles autour de navires dans un bassin de circulation à houle et courant. En tout premier lieu, cette thèse a permis d’étudier l’influence de la géométrie de l’étrave sur le phénomène de bullage. La fréquence d’occurrence et la dynamique des nuages de bulles ont été analysées en 2D autour de trois modèles d’étraves pour différentes configurations d’essais. Ensuite, une étude fine du phénomène a été réalisée et a permis une caractérisation 3D des nuages de bulles générés et propagés autour de la carène. Les bulles ont été caractérisées à l’aide d’une sonde optique. Ces mesures ont permis de calculer les diamètres, les vitesses et le taux de vide des bulles. Enfin, des mesures PIV2D2C et Stéréo-PIV autour de différentes carènes ont permis de corréler l’écoulement hydrodynamique avec la génération et la propagation de bulles. Les résultats obtenus permettent d’identifier les zones où l’interaction entre l’écoulement et l’étrave est prononcée mais aussi la position des bulles générées et propagées. Ils fournissent une base de données intéressante pour les concepteurs de coques des navires et pourraient être utilisés pour la validation de futurs modèles numériques. / The oceanographic research ships of Ifremer use acoustic equipments "SONAR" to study marine resources and to characterize seabeds. Under certain environmental conditions, air entrainment is generated below the free surface due to the interaction between waves and hull and/or the interaction of the ship motions with the free surface. Air bubbles are formed and driven by the flow under the ship hull, which hinders the performance of the acoustic equipment and limits the exploitable sea conditions for acoustic prospecting. The objective of this work is to characterize the phenomenon of bubble generation around different bow models in a wave and current circulating tank. First, this PhD thesis allowed us to study the influence of the bow geometry on the phenomenon. The occurrence frequency and the dynamic of bubble clouds were analyzed in 2D around three bow models for different tested configurations. In the second stage, a detailed study of the phenomenon was carried out and allowed a 3D characterization of the bubble clouds generated and propagated around the hull. An optical probe was used to measure diameters, velocities and void fraction of bubbles generated by breaking bow waves. Finally, PIV2D2C and Stereo-PIV measurements around the different bow models allowed to correlate the hydrodynamic flow field with bubble generation. The obtained results allow to identify the zones where the interaction between the flow and the bow is pronounced and then the position of the bubbles generated and propagated. These results provide an interesting database for ship hull designers and could be used for the validation of future numerical models.

Quatre coupes ont été étudiées dans les séries marno-calcaires de talus et de bassin profond de la "fosse vocontienne" au Cénomanien. Le travail effectué à partir de plus de 800 échantillons dans lesquels les associations de foraminifères planctoniques et benthiques ont été étudiées a montré des particularités biostratigraphiques, et paléogéographiques. En effet, il existe un diachronisme dans l’extension verticale de Thalmanninella reicheli et dans l’apparition du marqueur de la base du Cénomanien supérieur (Rotalipora cushmani). T. reicheli a une extension verticale courte, mais située dans le Cénomanien inférieur peu élevé d’après les faunes d’ ammonites associées; R. cushmaniapparait avant les ammonites marquant le Cénomanien moyen (Acanthoceras). Les chutes du niveau marin relatif enregistrées par des discontinuités lithologiques dans la coupe de la marge du talus au Cénomanien basal, dans la partie moyenne du Cénomanien, et au passage Cénomanien-Turonien sont également repérées par la dominance des assemblages de foraminifères benthiques opportunistes, d’abord dans les coupes de marge et de plate-forme méridionale, ensuite dans les coupes de bassin profond. Ces passages correspondent aussi à des évènements dysoxiques, liés à l’anomalie du δ13C. L’évolution des foraminifères benthiques s’avère très sensible à profondeur de l’eau et à la dysoxie,leur réponse étant plus rapide que la variation du δ13C. La régression forcée au passage Cénomanien-Turonien correspond à des dépôts de black shales dans la coupe du bassin le plus profond, traduisant l’événement anoxique OAE2. La fin de l’ extension de Rotalipora cushmani, définit le sommet de l’étage dans les 4 coupes. / A detailed lithologic and biostratigraphic framework was determined for 4 Cenomanian sections, allowing correlations from the boarder of the upper slope to the platform and the lower slope of the vocontian basin. Over 800 samples provided planktonic and benthic foraminifera associations for a biostratigraphic and paleogeographic succession. There was a diachronisme between the ammonites and the foraminifera biozonation. Indeed, Thalmanninella reicheli, the marker of the middle Cenomanian substage had a short extension,overlapping with the Mantelliceras mantelli, ammonite of the Inferior Cenomanian. Moreover Rotalipora cushmani, the foraminifer marker for the Upper Cenomanian,appeared before Acanthoceras, an ammonite of the Middle Cenomanian. Basal Cenomanian, Middle Cenomanian, and CTB were registered by local lithologic discontinuities resulting from the lowering of the relative sea level in the boarder of the upper slope section. Correlated with the lithologic events, the benthic opportunist foraminifera dominated the associations from the Inferior Cenomanian of the upper slope and platform sections, and from the middle part of the Upper Cenomanian of the deep sea sections. Dysoxic periods (Albian-Cenomanian boundary, MCE, and OAE2) as detected by δ13C anomalies, also corresponded to the regression levels. Benthic Foraminifera responsiveness to sea water depth and anoxia was faster than δ13C variations. CTBE was lithologically registered by black shakes deposits in the deep sea section, but the end of the Rotalipora extension was the marking event in all sections.

Les bassins d’infiltration sont de plus en plus utilisés en milieux urbains pour la réduction des eaux de ruissellement et la recharge des nappes phréatiques. Toutefois, leur fonctionnement est souvent affecté par des problèmes de colmatage, physiques, chimiques et/ou biologiques, qui conduisent à une diminution des capacités d’infiltration et à une altération potentielle de la qualité des eaux infiltrées. Aussi, la prévention de ce risque devient-elle un enjeu majeur pour garantir la pérennité des ouvrages d’infiltration et la qualité des eaux infiltrées. Si les mécanismes impliqués dans le colmatage sont décrits assez finement dans le cas des processus purement physiques ou géochimiques, les verrous scientifiques sont encore importants pour comprendre la contribution du compartiment biologique (biofilms, végétation, invertébrés). Ce travail de thèse avait ainsi pour objectif de quantifier l’influence du compartiment biologique sur les processus de colmatage et de décolmatage dans des bassins d’infiltration. Pour cela, il était composé de deux grands volets : (i) le premier visait à évaluer la contribution relative du biofilm et de l’accumulation de particules fines sur les paramètres hydrodynamiques du milieu poreux support d’infiltration, ceci dans 2 bassins aux caractéristiques contrastées, (ii) le second avait pour objectif d’évaluer les potentialités de processus écologiques (bioturbation, broutage, allélopathie) à décolmater les bassins par l’introduction de macro-organismes (invertébrés et macrophytes) en mésocosmes ou par encagements in situ. Les résultats ont mis en évidence le rôle déterminant de la composante phototrophe des biofilms sur la dégradation de perméabilité des supports d’infiltration. Un effet seuil de la biomasse phototrophe a été observé sur le rayon moyen des pores hydrauliquement fonctionnels, avec pour conséquences des effets non-linéaires sur la perméabilité. Face à ce colmatage biologique, les résultats obtenus en mésocosmes ont clairement montré que la présence de macrophytes tels que Vallisneria spiralis L. et Chara globularis L. permettait de réduire la biomasse algale par allélopathie. Par la suite, l'introduction par encagement dans un bassin d'infiltration de l’espèce V. spiralis a démontré sa potentialité à réduire le phénomène de colmatage en affectant la physiologie du biofilm algal. De plus, l'introduction du gastéropode aquatique Viviparus viviparus qui se nourrit directement du biofilm permettait de maintenir et même d’améliorer les capacités d’infiltration du bassin. Ces résultats offrent des perspectives intéressantes pour le développement futur de techniques d’ingénierie écologique dans la gestion et l’amélioration de la durée de vie des ouvrages d’infiltration. / Infiltration basins are increasingly used in urban areas for stormwater management or groundwater recharge. However, their functions are often affected by physical, chemical and / or biological clogging, leading to a decrease in infiltration rate and a potential alteration of infiltrated water quality. The prevention of clogging is therefore becoming a major challenge to ensure the sustainability of infiltration devices and the quality of infiltrated water. Although the mechanisms involved in clogging are accurately described for purely physical and geochemical processes, scientific obstacles still prevent from understanding the contribution of biological compartment (i.e. biofilms, vegetation, invertebrates). The aim of this work was to quantify the influence of biological compartment on clogging/unclogging processes in infiltration basins. It was divided in two objectives: (i) To assess the relative contribution of biofilm and fine particle accumulation on the hydrodynamic parameters of the porous media in two basins with contrasting characteristics. (ii) To assess the potential of ecological processes (bioturbation, grazing, allelopathy) to unclog the basins, by the introduction of macro-organisms (invertebrates and macrophytes) in mesocosms or in situ enclosures. Results highlighted the critical role of the phototrophic component of biofilms on the degradation of infiltration media permeability. A threshold effect of algal biomass was observed on the hydraulically functional pore size, with non-linear consequences on the permeability. Faced with this biological clogging, the results obtained with mesocosm experiments clearly showed that the presence of the macrophytes Vallisneria spiralis L. and Chara globularis L. could reduce algal biomass by allelopathy. The introduction of V. spiralis by enclosure in an infiltration basin then demonstrated its potential to reduce the clogging by affecting algal biofilm physiology. In addition, the introduction of the aquatic gastropod Viviparus viviparus, which feeds directly on the biofilm, allowed to maintain, and even improve, the infiltration capacity of the basin. These outcomes offer interesting perspectives for the future development of ecological engineering techniques, to manage and improve the lifetime of infiltration devices.

Cette étude correspond à une approche multiscalaire de la variabilité spatiale des contaminations métalliques enregistrées dans les sédiments du bassin de la Loire. Ce manuscrit est organisé en trois parties exposant la démarche et les résultats de ces travaux. La première partie permet de formuler les problématiques de l’étude en proposant une synthèse des connaissances concernant l’archivage des contaminations sédimentaires dans les environnements fluviatiles. La seconde partie s’intéresse à l’influence des environnements de dépôts sur l’archivage des sédiments et contaminants associés. Les objectifs de ces recherches sont d’étudier la représentativité des signaux géochimiques enregistrés dans les compartiments de stockage sédimentaire. La troisième partie permet de mettre en évidence la variabilité spatiale et l’origine des contaminations sédimentaires à l’échelle du bassin versant de la Loire. / This multi-scale focuses on the spatial and temporal variability of the metallic contamination in sediments of the Loire basin. This manuscript presents methods and results in three sections. The first section deals with scientific issues concerning the recording of sedimentary contaminations in fluvial environments. The second section shows the influence of depositional environments on sediments and associated contaminants archiving. The aim of this study is to analyse the representation of geochemical signals recorded in sedimentary infills. The third section highlights spatial variabilities of recorded sedimentary contaminations at the entire Loire basin-scale. Historical sources are here characterized.

Le bassin versant du Bouregreg est situé dans le centre Nord-ouest du Maroc. C’est un bassin semi-aride de la partie humide de ce royaume. L’agriculture constitue un pilier essentiel de l’économie marocaine. Cependant, la surface agricole utile du pays reste très limitée à cause de conditions climatiques défavorables. Cette surface agricole utile, localisée principalement dans les régions humides, ne représente qu’environ 20% du territoire national, d’où un intérêt particulier pour les espaces agricoles favorables comme le bassin versant du Bouregreg. En outre, bien que le Maroc ait entrepris d’importants investissements en matière d’irrigation depuis l’indépendance, certains espaces comme le bassin du Bouregreg sont restés en marge de cette politique pour des raisons liées à leur fragilité naturelle. Paradoxalement, malgré l’attention particulière accordée à l’agriculture irriguée dans les différentes politiques de développement agricole depuis l’indépendance, l’agriculture pluviale reste la principale source de production agricole, surtout céréalière. Ainsi, cette agriculture pluviale, associée à un important élevage extensif, se concentre de plus en plus sur des espaces climatiquement favorables comme le bassin du Bouregreg, sans tenir compte de la fragilité des sols et du couvert végétal naturel de ces espaces. L’étude présente, menée avec le soutien du projet SIGMED (approche Spatialisée de l’Impact des activités aGricoles au Maghreb sur les transports solides et les ressources en Eau Des grands bassins versants), met en relief la dynamique spatiale et temporelle de la végétation et des sols du bassin du Bouregreg sous l’action combinée de pressions anthropiques et climatiques défavorables de 1980 à 2009. Cette étude fait appel à l’outil de télédétection, de statistique et de SIG. L’analyse de télédétection est faite à partir d’échelles multiples, de la basse résolution à la très haute résolution spatiale. Il en est de même de l’analyse temporelle où sont exploitées, à la fois, des images de très grande répétitivité temporelle (NOAA et MODIS) et des images de basse résolution temporelle (LANDSAT et SPOT 5). L’exploitation de ces images combine la télédétection et les analyses statistiques de série chronologiques et de corrélation. L’analyse des interactions diverses entre la dynamique des facteurs naturels, notamment climatiques, et celle des facteurs anthropiques est réalisée par système d’information géographique. Pour pousser la réflexion dans le domaine de la prospective géographique quant au devenir de ce bassin dans un environnement climatique de plus en plus défavorable, des analyses climatiques ont été faites à partir de projection de modèles climatiques régionaux pour les horizons 2050 et 2100. Les principaux résultats de cette étude indiquent une baisse marquée de la productivité végétale due à une dégradation de plus en plus importante du milieu sous actions agropastorales et climatiques. Sur la base des projections des modèles climatiques, cette dynamique est amenée à se poursuivre, si bien qu’au-delà de 2050, le système de production agricole pluvial sera amené à disparaitre, d’où l’importance de la question de l’adaptation du bassin aux conditions d’un changement climatique. / The Bouregreg watershed is located in the Northwest central Morocco. It’s a semi-arid basin of the humid part of the kingdom. Agriculture is a key pillar of the Moroccan economy. However, the agricultural area of the country is limited due to adverse climate conditions. This agricultural, area located in humid regions is only 20% of the national territory, hence a particular interest in favorable agricultural areas as Bouregreg watershed. Furthermore, although Morocco has undertaken major investments in irrigation, some areas such as the Bouregreg basin remained on the sidelines of this policy for reasons related to their natural fragility. Paradoxically, despite the attention given to irrigated agriculture in the various agricultural development policies of the country since independence, rainfed agriculture remains the main source of agricultural production, especially grain. Well, this rainfed agriculture associated with a significant ranching, focuses more on climatically favorable areas such as the Bouregreg basin, without taking into account the fragility of the soil and natural vegetation of these areas. The present study, conducted with the support of the SIGMED project, highlights the spatial and temporal dynamics of vegetation and soil of the Bouregreg basin under the combined action of adverse anthropogenic and climatic pressures from 1980 to 2009. This study uses the tool of remote sensing, GIS and statistical. Analysis of remote sensing is made from multiple scales from low resolution to high spatial resolution. It is the same for the temporal analysis, where are used both images of high temporal repetitiveness (NOAA and MODIS) and low temporal resolution (LANDSAT AND SPOT 5). Exploitation of these images combines remote sensing and statistical time series analysis and correlation. Analysis of various interactions between the dynamics of natural factors, including climate, and the anthropogenic factors, is carried out by GIS. For further reflection in the field of geographical prospective about the future of the basin in a climate environment increasingly unfavorable, climate analyzes were made from projections of regional climate models for 2050 and 2100 horizons. The main results of this study showed a significant decrease in plant productivity due to more increasing degradation caused by farming and climate actions. Based on the projections of climate models, this dynamics is likely to continue, so that beyond 2050, the system of rainfed production will have to disappear. As for forest formation, they should suffer as result more pressure which should lead to their disappearance. If an effective backup policy is not implemented. This dynamics to be highlights the importance of the issue of adaptation basin conditions of climate change.

L’importance des compartiments microbiens dans le fonctionnement trophique et biogéochimique des écosystèmes marins a amené à nous poser les objectifs suivants : caractérisation des virus, des bactéries et des flagellés et de leurs interactions dans le bassin de Marennes Oléron. Différentes approches ont été suivies : 1) une approche in situ avec des suivis mensuels (2006 et 2007) a permis de caractériser les dynamiques des compartiments microbiens et situer leur place dans le fonctionnement général du bassin en comparaison avec celui d’Arcachon. La succession des modes de fonctionnement trophique suggère l’importance du réseau microbien dans ces bassins. A Marennes, spatialement homogène, le lien établi entre le bactérioplancton et le virioplancton varie selon une échelle interannuelle et saisonnière modulé par un lien ponctuel entre les virus avec le phytoplancton. 2) une approche in vitro a permis de cibler les processus régissant les dynamiques des virus, des flagellés et de bactéries ainsi que leurs interactions. Les impacts de la bactériolyse virale et de la bactérivorie ont été étudiés suivant différents facteurs de variabilité : périodes trophiques, pression de prédation et influence d’apports benthiques. De manière générale, la composition des communautés bactériennes, par la sensibilité de certains groupes, est influencée par la lyse virale et la bactérivorie. La production bactérienne, elle, varie suivant le mode trophique, stimulée en période de type herbivore par la présence des flagellés alors qu’en période de multivorie ils entrainent une perte d’au moins 16% de la production quotidienne. Enfin, la remise en suspension du biofilm benthique lors d’une phase de marée tend à stimuler l’activité globale de la boucle microbienne. / Planktonic microbial compartments are important in the trophic and biogeochemical functioning of marine ecosystems. This assessment brought us to place these objectives: characterization of virus, bacteria and flagellate compartments and their interactions in Marennes-Oléron Bay (France). Two different approaches have been followed: 1) In situ annual surveys were performed in 2006 and 2007 in order to characterize microbial compartments dynamics and to place them within the bay functioning, compared to Arcachon Bay. The succession of trophic models implied the importance of the microbial food web in both bays. In Marennes Oléron Bay, spatially homogeneous, large inter annual and inter seasonal variations are observed considering the strength of the common link between virioplankton and bacterioplankton. These variations are related to the occurrence of an occasional interaction of phytoplankton. 2) In vitro experiments allow to focus on the processes controlling the dynamics of viruses, flagellates and bacteria and their interactions. The impacts of viral bacteriolysis and flagellate bacterivory are assessed considering environmental variability factors: trophic models, predation pressure and influence of benthic contribution. The bacterial community composition is always influenced by viral lysis and bacterivory due to the sensitivity of bacterial groups. However, bacterial cellular production evolves differently with a stimulation by flagellates during herbivorous food web while bacterivory induces daily production loss of 16% during multivorous food web. Finally, the resuspension of benthic organic components during tide phase tends to increase the microbial loop activity.