Cette thèse se propose de contribuer aux connaissances relatives à l’impact des facteurs spatiaux (occupation du sol) et temporels (saisons, étiages, pluies) sur la qualité des eaux de ressource à l’échelle du bassin versant. Ainsi les zones et conditions à risque pourront être identifiées à l’aide de l’exploitation et de l’interprétation de bases de données historiques et expérimentales de qualité d’eau à l’échelle du bassin versant de la Vilaine en Bretagne. Cette étude se focalise principalement sur les micropolluants, avec notamment les pesticides et les produits pharmaceutiques vétérinaires pour le contexte agricole, mais également les produits pharmaceutiques humains compte tenu de l’intérêt grandissant qui leur est porté dans le domaine de l’évaluation des risques sanitaires et environnementaux. De plus, cette thèse se propose également de contribuer à l’amélioration et à l’adaptation des traitements des produits pharmaceutiques humains en usine de production d’eau potable compte tenu de l’évolution de la règlementation et de la protection du consommateur. / This thesis aims at contributing to knowledge about the impact of spatial (land use) and temporal (seasonal, low water levels, rainfall) factors on the resource quality at river basin scale. Thus at risk conditions and areas risk could be identified with the exploitation and interpretation of historical and experimental databases on water quality of the Vilaine’s river basin in Brittany. This study focuses mainly on micropollutants, including pesticides and veterinary pharmaceutical products for the agricultural context, but also on human pharmaceutical products considering the growing interest which is carried in the field of health and environmental risk assessment. In addition, this thesis also proposes to contribute to the improvement and adaptation of human pharmaceuticals treatment in drinking water treatment plant according to regulation evolution and to consumer protection.

Les techniques d’échantillonnage passif comme le POCIS (« Polar Organic Chemical Integrative Sampler ») ou le o-DGT (« Diffusive Gradient in Thin films » pour composés organiques) permettent d’obtenir une bonne représentativité de la contamination des eaux de surface par les micropolluants organiques. Cependant, ces dispositifs sont soumis à des conditions environnementales qui engendrent des biais sur la quantification des analytes cibles. Une meilleure connaissance des données issues de l’échantillonnage passif a donc été essentielle afin de les utiliser sur deux têtes de bassin versant. Pour cela un dispositif innovant, utilisant la technique DGT, a été développé et testé sur 4 pesticides ioniques. La robustesse du o-DGT étudiée sur une plage de pH allant de 3 à 8 et de force ionique allant de 0,01 à 1 mol.L-1, lui permette d’être utilisé dans la plupart des eaux naturelles. Des déploiements en milieu naturel et dans une rivière artificielle, en même temps que le déploiement de POCIS, a permis de comparer les performances de ces 2 échantillonneurs. Le POCIS, avec des limites de quantification plus basses, était l’échantillonneur le plus adapté au suivi de contamination des têtes de bassin versant, cependant il a été nécessaire de l’améliorer pour fiabiliser les concentrations de micropolluants mesurées.. Une libération de polyéthylène glycol issu des membranes utilisées pour la fabrication de POCIS provoquant des effets de matrice a été supprimé grâce à deux bains successifs d’1h d’un mélange 50:50 méthanol:eau suivi d’un bain de rinçage à l’eau. De même, une quantification des molécules cibles est obtenue grâce à des taux d’échantillonnage (Rs) déterminés dans conditions proches de celle de l’environnement. Les Rs de 44 molécules pharmaceutiques ont été déterminés grâce à une rivière artificielle. Après cette étape de fiabilisation, le POCIS a été appliqué à deux têtes de bassin versant avec des suivis de 1 et 3 ans sur, respectivement, l’Aixette et l’Auvézère. Des prélèvements ponctuels ont également été réalisés et ont pu mettre en évidence des pics de pollution de pesticides (> 2,3 g.L-1). Ces suivis « semi-continus » ont permis de mettre en évidence et de caractériser l’existence d’une pollution des têtes de bassin versant par les pesticides et les résidus pharmaceutiques. / Passive samplers, such as POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) or o-DGT (Diffusive Gradient in Thin films for organic compounds), allow to estimate surface water contamination by organic micropollutants. However, these devices are influenced by environmental conditions and quantification error can occur. A better knowledge of passive sampling data was therefore essential before the samplers’ application on headwater streams. An innovative sampler, using DGT technique, has been developed and tested on 4 ionic pesticides. The sampler is robust in a pH range from 3 to 8 and an ionic strength range from 0,01 to 1 mol.L-1, which allows to use it in the most of natural waters. Field deployments of POCIS alongside o-DGT in natural waters and in an artificial river made it possible to compare their performances. POCIS with lower limits of quantification was the most suitable sampler for monitoring organic compounds in headwater stream. A release of polyethylene glycol from membranes used in POCIS causing matrix effects was removed by two successive baths of 1h of a 50:50 mix of methanol:water followed by a rinsing bath of water. Quantification is achieved through sampling rates (Rs) estimated under revelant conditions. Rs of 44 pharmaceuticals were estimated in an artificial river. After these steps, POCIS was applied in two headwater streams for 1 and 3 years on Aixette and Auvézère, respectively. Grab samples were also collected and pollution peaks of pesticides were detected (> 2,3 g.L-1). These “semi-continuous” monitorings highlighted a pollution of headwater streams by pesticides and pharmaceuticals.

Les travaux s'articulent autour de deux axes de réflexion : d'une part, ils portent sur l'étude du développement durable au travers de l'analyse sur les plans économique, social, institutionnel et environnemental des politiques de développement et des grands aménagements hydro-agricoles effectués à l'échelle régionale dans le bassin du fleuve Sénégal, puis à l'échelle locale dans l'espace territoriale situé le long de la rive gauche du fleuve. D'autre part, ils tentent d'étudier ou de comprendre comment les politiques internationales de développement et particulièrement de gestion environnementale pilotées et conceptualisées par les grandes instances internationales sont intégrées aux dispositifs de gestion ou de gouvernance établis aux niveaux régionale, nationale et locale et comment elles sont, au terme des différentes étapes d'intégration, mises en application. <br />D'une manière transversale à ces axes de recherche, apparaissent deux autres axes de réflexion : d'abord de nouveaux principes ou indicateurs relatifs au développement durable et à la justice environnementale tels que l'équité et la participation sont étudiés sur ces territoires afin de mieux comprendre les mécanismes ou le fonctionnement des modèles de développement véhiculés par les instances internationales sur les territoires des pays du Sud. Ensuite, l'analyse des grandes conventions internationales environnementales depuis leur élaboration au travers de négociations internationales avec toutes les controverses qui en découlent jusqu'à leur application avec les difficultés d'appropriation par les Etats du Sud des normes qui y sont élaborés et les conditionnalités de l'aide qui s'y rattachent.

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

L'utilisation des produits phytosanitaires dans l'agriculture moderne pose un problème pour l'équilibre des écosystèmes et la santé de l'homme. Un des problèmes majeurs est la dégradation de la qualité de l'eau de surface et de l'eau souterraine pour la consommation et la qualité des écosystèmes aquatiques.<br /><br />Il existe un réel besoin d'outils opérationnels facilitant l'agrégation des processus de transferts au niveau des bassins versants à des fins de maîtrise des contaminations des eaux par les produits phytosanitaires. La plupart des outils opérationnels sont des indicateurs environnementaux, rapides et simples d'utilisation. Cependant, ils ne donnent que un niveau de risque et n'intègrent pas ou très peu l'incertitude liée à des critères spatiaux et temporels.<br /><br />Cette thèse propose un modèle orienté décision des transferts par ruissellement et subsurface des herbicides. Il vise à produire une évaluation semi-quantitative de la contamination des eaux de rivière par les herbicides à l'échelle de petits bassins versants agricoles (quelques dizaines km²) au cours des quelques mois suivant les traitements. Une nouvelle représentation spatiale a été proposée. Elle est basée sur la spatialisation des pratiques agricoles et des processus physiques de transferts du bassin versant sous la forme d'un arbre d'exutoires de parcelles. Ce niveau de représentation permet une modélisation réaliste, opérationnelle et répondant aux besoins des acteurs locaux.<br /><br />Le modèle intègre le réseau hydrographique, le réseau de fossés et le réseau de haies structurant l'espace du bassin versant. Les processus majeurs de transfert des herbicides dans les bassins sur socle sont le ruissellement et les écoulements de subsurface. Ces processus sont modélisés de manière simple mais explicite. Le ruissellement est calculé en fonction des états de surface du sol et le degré de contamination par subsurface est calculé en fonction de la profondeur de nappe.<br /><br />Pour permettre de générer des scénarii réalistes d'itinéraires techniques de désherbage sur des bassins versants comprenant un nombre important de parcelles, un modèle décisionnel est développé et couplé au modèle de transfert. Ce modèle décisionnel simule les décisions des agriculteurs à différents niveaux d'organisation (parcelle, exploitation).<br /><br />L'application du modèle porte sur le bassin versant du Frémeur, bassin versant du réseau Bretagne Eau Pure.

La plupart des polluants responsables de la dégradation des cours d'eau sont contrôlés par le<br />comportement des Matières En Suspension (MES). Si leur rôle dans le transport des polluants<br />n'est plus à démontrer, en revanche, l'identification de leurs sources et puits reste<br />problématique. L'objet de ce travail a été de développer une méthodologie permettant de<br />préciser lorigine des MES et de suivre leur transfert sur le bassin de la Seine. Cette<br />méthodologie combine :<br />-lidentification d'une large palette d'éléments (analyse par activation neutronique) ne<br />se limitant pas aux seuls polluants (Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As, Br, Rb, Sr, Ag, Sb, Cs,<br />Ba, Hf, Ta, Au, Terres Rares, Th),<br />-un échantillonnage par trappes à sédiments sur lensemble du bassin et avec un suivi<br />régulier sur la période 1999-2002 (33 stations exploitées),<br />-un traitement statistique de linformation recueillie (analyse en composantes<br />principales).<br />Cette méthodologie a permis de préciser à quelle échelle les signatures multiélémentaires<br />portées par les MES se différencient les unes des autres, et à quelle logique obéissent les<br />différences observées. Ainsi, signatures naturelles et signatures anthropiques ont pu être<br />distinguées. Les premières témoignent des différences de lithologie existant sur le bassin<br />(Cs/Sc, Ca, Hf, Na, Terres Rares lourdes/Terres Rares légères). Parmi les secondes, certaines<br />marquent des zones de contamination étendue (Zn/7Be, Sb, Cr, Au, Ag) tandis que d'autres<br />identifient une pollution plus localisée (Th/La).<br />Grâce à cette méthodologie, il est donc possible de préciser lorigine des MES et de suivre<br />leur transfert de lamont vers laval. Ces résultats offrent donc la possibilité dun meilleur<br />contrôle des transferts de sédiments, outil indispensable aux gestionnaires et usagers de l'eau.

La contamination des eaux marines par les apports terrigènes induit de nombreuses perturbations biogéochimiques. La conséquence la plus marquante de ces apports est très certainement le phénomène d'eutrophisation des masses d'eau côtières résultant de l'apport excessif de nutriments et accentuant les efflorescences algales. Néanmoins, la contribution des bassins versants ainsi que l'origine des polluants incriminés restent généralement difficiles à évaluer finement à partir des mesures intermittentes ponctuelles issues des réseaux de surveillance, particulièrement dans le cas d'émissions diffuses. Dans ce cadre, le recours à la modélisation des bassins versants apparaît comme une solution complémentaire pertinente en termes de gestion, notamment de par les possibilités de scénarisation qu'elle offre. En s'appuyant sur un site d'étude localisé en Bretagne Sud, constituant le principal hydrosystème à alimenter le Golfe du Morbihan, le modèle Soil and Water Assessment Tool a été mis en oeuvre sur une période de six ans. Dans une optique opérationnelle, des protocoles de paramétrage ont été établis à partir de référentiels de données courants et différents utilitaires ont été développés afin de favoriser l'exploitation autonome de cet outil par les gestionnaires en charge du suivi et de la gestion des eaux littorales. Cette implémentation a notamment permis de quantifier de manière continue les apports nutritifs terrigènes et d'en déterminer les principales origines. Ainsi, l'identification des bassins versants élémentaires les plus contributeurs, peut constituer un appui pour la désignation de secteurs d'intervention prioritaires pour les actions de reconquête de la qualité des masses d'eau de l'hydrosystème alréen.

La gestion et la maîtrise de la qualité des cours d'eau passent par une bonne connaissance des flux de Matières En Suspension (MES), leur quantité, leur origine et leur dynamique au cours du temps. Cette thèse s'intéresse, d'une part, à la mesure et à la description des flux de MES dans un petit bassin versant agricole, d'autre part, à leur mise en relation avec les origines des MES, les déterminants climatiques et l'ordre des cours d'eau. Les flux de MES sont suivis depuis plusieurs années à l'exutoire du bassin versant du Moulinet (4,5 km2, Basse- Normandie) ; l'Oir, rivière d'ordre supérieur (bassin de 87 km2), a été instrumentée dans le cadre de cette thèse. Outre la mesure du charriage qui permet de déterminer le critère de mobilisation des particules du fond du ruisseau, la mesure des [MES] à partir de la turbidité a été approfondie. La dynamique temporelle des MES a été analysée par différentes approches (relation [MES]-débit, statistique, modélisation) à différentes échelles de temps (année, saison et mois, jour, crue). Sur le Moulinet, la tension réduite de frottement critique de Shields, τ*cr, est de 0,052. Avec cette tension critique, les limons et argiles sont quasiment toujours mobiles, et les sédiments de diamètre médian 8 mm sont susceptibles d'être mis en suspension pour les débits supérieurs à 75 l/s, soit plus de 75% du temps. Au laboratoire, nous avons montré que le turbidimètre est très sensible à la concentration des particules les plus fines (argiles, limons fins), y compris lorsque celles-ci sont mélangées à des particules plus grossières. La turbidité spécifique (rapport entre turbidité et [MES]) varie linéairement avec l'inverse du diamètre moyen des particules. Son évolution au cours des fortes crues témoigne de la mobilisation de MES plus grossières en montée de crue qu'en décrue Sur le Moulinet, les flux solides annuels sont de l'ordre de 60 t/km², avec une double origine : (1) un stock de sédiments dans le fond du cours d'eau et provenant des berges dégradées par le bétail, maximum à la fin de l'été, remis en suspension en automne, moins important en hiver ; (2) l'érosion des versants produisant des flux de MES pouvant être très importants en octobre ou en mai, liées à des pratiques agricoles à risque (labour avant céréales d'hiver ou de printemps). Au cours des crues, la concentration maximale en MES est mieux corrélée à la vitesse de montée du débit qu'au débit maximal. Les relations univoques entre le flux solide Qs et le débit Q correspondent à la remise en suspension d'un stock de sédiments non limitant. Les relations d'hystérésis horaire correspondent à la remise en suspension d'un stock dont la disponibilité diminue plus l'érosion des sols se met rapidement en place pendant la montée de crue. Pour toute année la relation entre Qs et Q moyen journalier est grande dispersée et n'est pas représentée par une loi puissance Qs = aQb unique. Une première comparaison entre le Moulinet et l'Oir montre que malgré un fonctionnement hydrologique similaire, le Moulinet est plus productif en MES que l'Oir et plus réactif à l'échelle de la crue.

Description géologique et hydrogéologique du bassinversant du Wadi Ghan à l'ouest de la Libye.

Ce travail est l'éude climatologique, hydrologique et géologique des bassins versants composants, afin d'estimer le rôle respectif des facteurs précipitations, température et lithologie dans la valeur de l'écoulement. En terme de résultats : Etablissement d'une relation statistique entre écoulement moyen, précipitations planimétrées et température moyenne.annuelles. Interprétation des écarts importants en fonction de la lithologie ou de la glaciologie. Comparaison avec les résultats acquis par d'autres méthodes. Cette relation permet d'estimer l'écoulement moyen annuel d'un bassin non jaugé. A partir de la valeur obtenue, il est possible de connattre l'écoulement mensuel moyen probable, en lui appliquant les coefficients mensuels de débit connus pour des bassins "étalons".