Le bassin versant de l'Amazone est couvert par 5 % de plaines d'inondation. Quel est l'impact biogéochimique de ces zones sur les eaux du fleuve ? Le présent travail apporte un certain nombre de réponses à cette question, notamment en ce qui concerne la phase dissoute des eaux (<0,22µm) à travers l'étude de la plaine du lago Grande de Curuaí (Pará, Brésil). Notre étude s'est portée sur la nature et l'évolution des sédiments de la plaine en relation avec l'évolution de la phase dissoute des eaux dans les lacs de la plaine. Nous avons également identifié l'impact du compartiment végétal sur la chimie des eaux au sein de la várzea et quantifier les stocks d'éléments dans la végétation. L'établissement d'un modèle hydrologique nous a permis de représenter l'évolution temporelle de la várzea en termes de source, de stock et de mélange d'eau et d'éléments chimiques. Enfin, nous avons estimé l'impact des várzea, en termes de flux échangés avec l'Amazone. Il ressort de cette étude que les plaines d'inondation sont des milieux dynamiques en ce qui concerne les flux d'éléments et que leur impact sur la spéciation des éléments redox dans le milieu naturel est important. De plus elles jouent un rôle important sur la distribution temporelle des éléments échangés avec l'Amazone et sont par conséquent des milieux à prendre en compte dans les modèles de transfert entre le continent et l'Océan.

Le travail présenté s'attache à répondre aux questions suivantes :<br /><br />L'altimétrie spatiale radar peut elle être utilisée pour régionaliser les débits du Bassin du Rio Negro ? Si oui, les méthodologies développées peuvent elles être appliquées à un bassin encore moins bien instrumenté, par exemple celui du fleuve Caqueta, en Amazonie Colombienne ? <br /><br />Nous présentons le méthodologie utilisée pour définir une série temporelle de hauteur d'eau à une station virtuelle (intersection entre une trace satellite et un plan d'eau) à partir des mesures des missions radar Topex/Poseidon et ENVISAT. La mise en œuvre d'un modèle hydrodynamique permet de propager les débits à partir de quelques stations de mesures in-situ jusqu'aux stations virtuelles. Une courbe de tarage (relation hauteur/débit) peut alors être estimée aux stations virtuelles ce qui permet de compléter les mesures in-situ et de densifier le réseau hydrologique; ainsi que déterminer certains paramètres physiques tels que la profondeur moyenne de l'eau sur la section transversale, la pente du fond du lit et le coefficient de rugosité de Manning. L'introduction de 21 et 11 stations virtuelles respectivement sur le cours principal du Rio Negro et le Caqueta, nous a permis de réduire d'environ 10 fois les tailles des bassins pour lesquels on peut disposer désormais de mesures de flux à partir des mesures spatiales.

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

Cette thèse propose le développement d'une méthodologie d'utilisation des données d'altimétrie satellitaire radar pour l'analyse de la variation spatio-temporelle des processus hydriques dans les zones humides du bassin Amazonien. Etant donné le faible nombre de travaux publiés sur le sujet pour les eaux continentales, ce travail a inclus une validation extensive des données d'altimétrie satellitaire des missions ENVISAT et ERS-2, sur divers objets du bassin Amazonien. Nous avons utilisé une méthode originale permettant une sélection fine en 3D des mesures et l'application de corrections de mesures inclinées. Cette méthode a permis d'améliorer sensiblement la qualité des séries de niveau d'eau. Les séries temporelles altimétriques ont été alors couplées avec des images MODIS pour l'étude des variations de volumes stockés dans les zones humides et utilisées pour analyser la variabilité spatio-temporelle du cycle hydrologique à l'échelle des sous-bassins. Du point de vue de l'altimétrie satellitaire. Les validations conduisent avec des traces entre elles au niveau de points de croisement ou des données in situ résultent en RMS qui varient de 12 à 226 cm pour ENVISAT (Ice-1 et Ice-2) et de 32 à 197 cm pour ERS-2 (Ice-2). Ces séries temporelles mettent en évidence la grande variabilité spatiale du cycle hydrologique, selon la connexion et la position relative entre les lits principaux, les lacs et les marécages. En ce qui concerne l'analyse intégrée d'altimétrie et d'images MODIS, elle a montre qu'il est possible de mettre en évidence la saisonnalité du cycle hydrique dans des zones humides a partir d'informations satellitaire.

La variabilité hydro-climatique du bassin amazonien pendant les 40 dernières années est analysée pour la première fois à partir de données /in situ/ provenant de la totalité du bassin amazonien. L'importance des régions andines dans la variabilité pluriannuelle de l'hydrologie est mise en évidence. Ainsi, une diminution des débits d'étiage et le maintien de forts débits de crues dans le cours principal de l'Amazone, en particulier depuis le début des années 1990, sont liées à une forte diminution des pluies et des débits annuels dans le sud-ouest du bassin et à une augmentation des pluies et des crues dans le nord-ouest.<br>L'explication de la variabilité hydrologique fait appel à des indices océano-atmosphériques mensuels et à des types de temps quotidiens. Ceux-ci sont définis pour l' Amérique du Sud tropicale au moyen des données de réanalyses ERA40 et d'une méthode neuronale. Les caractéristiques et la succession des types de temps sont liées principalement au passage de perturbations extratropicales qui modifient l'orientation des flux méridiens à l'est des Andes et font alterner convergence et divergence dans le sud-ouest et le nord-ouest du bassin.<br>La fréquence des types de temps permet de reconstituer en partie les pluies et d'expliquer aussi bien la variabilité hydrologique aux pas de temps inter et pluri annuels que l'occurrence de crues et d'étiages exceptionnels.

Les signatures de la subduction de la ride de Nazca s'expriment sur le flanc est des Andes péruviennes: l'Arche de Fitzcarrald en est la réponse topographique dans le bassin d'avant-pays amazonien. La subduction horizontale de la ride de Nazca perturbe la flexion de la lithosphère sud-américaine depuis ~4 Ma. Ce soulèvement est responsable de la configuration N-S actuelle, foredeep-foreslope-foredeep, du bassin amazonien. L'élaboration de modèles analogiques lithosphériques adaptés au contexte régional de l'étude a permis de comprendre les effets de la subduction d'un plateau océanique sur la plaque continentale chevauchante: i) le processus de la subduction horizontale requiert la subduction de plusieurs centaines de kilomètres de plateau; ii) la subduction horizontale augmente la friction interplaque et iii) s'accompagne de mouvements verticaux dans la plaque chevauchante, liés à son raccourcissement et à la flottabilité du plateau. L'architecture structurale du prisme orogénique andin au toit de l'Arche de Fitzcarrald correspond à deux prismes tectoniques superposés: un inférieur hérité de chevauchements carbonifères et un autre supérieur, la zone subandine, structuré par une tectonique de chevauchements de couverture. L'évolution structurale du système est liée aux variations d'épaisseur de la pile sédimentaire paléozoïque. Ce contrôle paléogéographique est marqué par le développement d'une zone de transfert héritée de la bordure nord du bassin paléozoïque. Les données de traces de fission sur apatites suggèrent une exhumation de cette région à ~110 Ma, liée à l'ouverture de l'Atlantique sud. La propagation des chevauchements au sud de la zone de transfert, est enregistrée à partir de ~6 Ma par les thermochronomètres remis à zéro par enfouissement lors du stade flexural du bassin de Camisea. Cependant, le sous-placage de la ride de Nazca ne semble pas avoir d'influence sur la déformation subandine à courte longueur d'onde.