Les objectifs de cette étude étaient de comprendre l'hydrologie et l'évolution morphologique d'un cours d'eau agricole pour en améliorer la gestion. Le cours d'eau Cloutier-Perrier, drainant 4.5km en Montérégie, a été analysé à partir de mesures hydrologiques, d'arpentages et de photographies aériennes. Les mesures de pluie et de débit (2009 à 2011) ont permis l'analyse de 28 événements hydrologiques. Le temps de concentration mesuré a été bien estimé par les équations Aéroport, Mockus ou Bransby Williams et les débits de pointe mesurés ont été bien estimés par la méthode rationnelle ou SCS hydrogramme triangulaire combinée au temps de Mockus ou SCS lag et à la hauteur de ruissellement calculée selon Monfet. L'étude morphologique a montré que les valeurs seuils d'énergie associées à la sédimentation ou la régression étaient respectivement de 7 et 26 W/m2. Un espace de mobilité, d'une largeur de 20 mètres, serait nécessaire sur 22% de la longueur du lit.

Cette thèse, à travers une collection de cinq articles scientifiques, décrit et quantifie les processus de glace des cours d’eau à forte pente, donc à lit graveleux. Avant que ce projet de recherche ne soit entrepris, certains de ces processus étaient mal compris ou simplement absents de la littérature scientifique, et ce, alors que les cours d’eau à lit graveleux sont répandus en région froide. Les types de glace qui se forment le long de ces cours d’eau incluent la glace de fond, les seuils de glace, les barrages de glace, les champs de glaçage, les digues de glaçage, les couverts de glace suspendus et les carapaces de glace projetée. Certains processus de débâcle tels que les trains de glace et les embâcles sont également mentionnés dans la thèse, mais ne représentent pas son sujet principal. Cette recherche est le fruit de trois hivers d’observation et d’instrumentation sur le bassin versant de la rivière Montmorency. De manière spécifique, ce ne sont non pas quelques sites, mais plutôt plusieurs cours d’eau, d’un petit ruisseau de tête de bassin versant jusqu’à la rivière Montmorency, qui ont été visités quelque 120 fois, surtout durant la période hivernale. Les données recueillies ont permis de dresser un bilan des liens thermiques, cryologiques (glace) et hydrologiques qui existent entre ces cours d’eau. Ces liens forment ce que l’on appelle le continuum hivernal du bassin versant. Chacun des chapitres de cette thèse représente un ouvrage indépendant qui inclut une introduction, une revue de littérature, une conclusion et une bibliographie. Les quatre premiers articles présentent des sujets qui complémentent les chapitres précédents alors que la description qualitative fait progressivement place à l’analyse quantitative. La somme de ces articles contribue à faire de cette thèse un ouvrage complet sur les processus de glace sur les cours d’eau à forte pente. Le dernier chapitre, ou article, présente un modèle conceptuel des différents couverts et processus de glace observables le long de tout type de chenal sous n’importe quelle intensité hivernale. / This thesis, through a collection of five publications, describes and quantifies steep (gravel bed) channel ice processes. Before this research project was undertaken the literature on the topic was largely incomplete and ice processes taking place in gravel bed channels, which represent common cold region fluvial settings, could only be partly explained. Ice features forming along steep channels and described in the thesis include anchor ice accumulations, ice weirs, ice dams, icing fields, icing dikes, suspended ice covers, and spray ice shells. This thesis also approaches river ice breakup processes such as ice runs and ice jams. The findings presented in this work are the result of three winters of field observation and steep channels monitoring. Research sites were visited over 120 times, mostly during the winter period. Ice processes were not only described and monitored at a few sites but at the drainage system scale, from a small headwater channel down to the main river channel. The thermal, cryologic, and hydrological interactions between various steep channels of the Montmorency River watershed were analyzed. These links form what is referred to as the watershed continuum. Each chapter of this thesis is an independent publication that includes an introduction, a literature review, a conclusion, and a list of references. The first four articles present a topic that complements previous chapters. The sum of these chapters forms a comprehensive review of the ice processes taking place in steep channels as the qualitative description progressively evolves into a quantitative analysis. The last chapter (article) presents a global conceptual model on river ice types and processes taking place in any fluvial setting in any climate.

Les apports importants d'eau douce en provenance d'un grand bassin versant constituent l'une des caractéristiques principales de la baie d'Hudson, une mer subarctique située au Canada. Dans la baie d'Hudson, le couplage entre l'eau salée et l'eau douce exerce une grande influence sur l'ensemble des paramètres physiques, biogéochimiques et biologiques. Au cours des dernières décennies, la baie d'Hudson a subi d'importantes modifications associées aux changements climatiques mais aussi à l'installation de grandes infrastructures hydroélectriques qui régulent les apports d'eau douce par les rivières. Alors que ces changements sont susceptibles d'avoir un impact sur les écosystèmes dans la baie, peu d'attention a été portée sur la composition et la distribution des communautés planctoniques qui sont pourtant un maillon essentiel des réseaux trophiques marins. Au sein du projet BaySys qui vise à fournir une base scientifique afin de séparer les impacts liés aux changements climatiques de ceux de la régulation des cours d'eau dans la baie d'Hudson, cette thèse de doctorat a pour objectif d'établir un état des lieux de la diversité et de la distribution spatiale des communautés microbiennes présentes dans la baie d'Hudson. Pour répondre à cet objectif, nous avons utilisé une approche de séquençage haut débit des gènes de l'ARNr et de l'ARNr 18S et 16S afin de déterminer l'influence des paramètres environnementaux mesurés sur le terrain sur les communautés de protistes et de procaryotes. Les résultats ont montré que le débit des rivières modifie la composition des communautés de protistes au niveau des estuaires dans la rivière Nelson, Churchill et Grande Rivière de la Baleine. Dans la rivière Nelson, la forte circulation estuarienne permet la remontée d'eau riches en nutriments qui favorise la présence de diatomées du genre Rhizosolenia. Cependant, à l'échelle de la baie, les apports d'eau douce au printemps et a l'été au niveau des cotes entraine une forte stratification qui limite la croissance du phytoplancton et favorise les taxa hétérotrophes, notamment les Dinoflagellés. Dans ces eaux de surface fortement stratifiées, nous avons pu mettre en évidence la présence de 7 espèces phytoplanctoniques potentiellement toxiques. Le changement de régime de la glace de mer au printemps entraine une succession d'organismes eucaryotes et procaryotes associés à la dégradation des efflorescences de phytoplancton. Ces changements de communautés en surface modifient l'origine des apports de matière organique dans les écosystèmes profonds de la baie. En générant un nouvel état des lieux de la composition des communautés de protistes et de procaryotes à différentes échelles spatiales, les résultats de cette étude permettent de mieux comprendre l'influence des apports d'eau douce sur les communautés microbiennes dans la baie d'Hudson. Cette thèse constitue ainsi un nouvel outil pour mieux appréhender l'influence des perturbations d'origine anthropique sur les réseaux microbiens marins dans la baie d'Hudson. / The Hudson Bay is a sub-Arctic sea in Canada that receives massive freshwater inflows from a large watershed. In Hudson Bay, the freshwater-marine coupling has a strong influence on physical, biogeochemical and biological processes. In recent decades, Hudson Bay has undergone significant changes associated with climate change and the installation of large hydroelectric infrastructures that regulate freshwater inflows from rivers. While these changes are likely to have an impact on ecosystems in the bay, little attention has been paid to the composition and distribution of planktonic communities, which are an essential link in marine food webs. As part of the BaySys project, which aims to provide a scientific basis to separate climate change effects from those of regulation of freshwater on physical, biological and biogeochemical conditions in Hudson Bay, this PhD thesis aims to establish a baseline of the diversity and spatial distribution of microbial communities in Hudson Bay. To address this objective, we used a high-throughput sequencing approach for 18S rRNA and 16S rRNA genes to determine the potential influence of environmental parameters measured in the field on protist and prokaryote communities. The results showed that river flow altered the composition of protist communities in the estuaries of the Nelson, Churchill and Great Whale rivers. In the Nelson River estuary, strong estuarine circulation allows the upwelling of nutrient-rich water which favours the presence of diatoms of the genus Rhizosolenia. At the bay scale in spring and summer, the freshwater inflow leads to a strong stratification which limits the growth of phytoplankton species and favours heterotrophic taxa, particularly dinoflagellates. In these highly stratified surface waters, we were able to identify the presence of 7 potentially toxic phytoplankton species. The changing of the sea ice regime in spring resulted in a succession of eukaryotic and prokaryotic organisms associated with the degradation of phytoplankton blooms. These changes modified the diatom sinking particles reaching the bottom of the Hudson Bay. By generating a new picture of the composition of protists and prokaryotes at different spatial scales, the results of this study provide a better understanding of the influence of freshwater inputs on microbial communities in Hudson Bay. This study thus constitutes a new tool to better understand the influence of anthropogenic disturbances on marine microbial networks in Hudson Bay.

Le partage équitable des bénéfices dans les bassins fluviaux transfrontaliers est nécessaire pour résoudre les conflits entre les pays riverains et atteindre un consensus sur les activités de développement et de gestion du bassin versant. Le partage des bénéfices doit être discuté collectivement par tous les pays riverains pour être perçu non seulement comme efficace, mais aussi équitable. La littérature actuelle décrit principalement ce que l’on entend par le partage des bénéfices d’un point de vue conceptuel. Les arrangements institutionnels pratiques qui assurent le bien-être économique maximal, ainsi que les méthodes développées en collaboration pour encourager le partage équitable des bénéfices, ne sont toutefois pas présentés. L’objectif global de ce projet de thèse est de développer un arrangement institutionnel, qui comprend à la fois des politiques de répartition de l’eau et des mécanismes de partage des bénéfices, afin d’améliorer la gestion des ressources en eau transfrontalières et d’encourager la coopération entre les pays riverains. La méthodologie étend l’approche traditionnelle, basée sur des stratégies d’allocation très limitées en allouant efficacement les ressources en eau et le partage équitable des bénéfices découlant de l’utilisation de l’eau. Cette thèse détaille l’arrangement institutionnel développé et, à travers trois activités distinctes, les principales composantes de l’arrangement sont analysés. Dans l’arrangement institutionnel, une autorité de bassin fluvial (RBA) est l’opérateur d’un système axé sur le marché, dans lequel les politiques d’allocation économiquement efficaces sont identifiées et imposées aux usagers de l’eau, qui doit payer pour l’eau qui leur est alloué. Ces frais sont collectés et redistribués, via une règle de partage spécifique au bassin fluvial, afin d’assurer l’équité entre les usagers de l’eau. Le bassin du Nil oriental est utilisé comme étude de cas pour illustrer l’approche. Il y a des secteurs hydroélectriques et agricoles répartis dans trois pays (Egypte, Soudan et Ethiopie) et une longue histoire de non-coopération dans ce bassin. La répartition actuelle de l’eau repose sur des accords bilatéraux de l’époque coloniale, qui désignent l’Egypte et le Soudan comme les seuls bénéficiaires des eaux du Nil. La coopération future est impérative dans ce bassin pour profiter du potentiel hydroélectrique en Ethiopie, et du potentiel de l’agriculture au Soudan, ainsi que pour atténuer, autant que possible, les effets du changement climatique. Les résultats montrent que la gestion coopérative du bassin du Nil oriental, et de son infrastructure, augmenterait considérablement les bénéfices économiques à l’échelle du bassin et entraiînerait une répartition de l’eau plus efficace. L’arrangement institutionnel garantit que l’eau est retirée ouù elle a la plus grande valeur et que les investissements en amont dans des projets à faible productivité sont découragés. Le plus haut niveau de coopération est effectuée en vertu d’une institution supranationale et toutes les parties doivent se mettre d’accord sur la définition de l’équité dans le le partage des bénéfices. L’imposition d’axiomes spécifiques sur la base de cette vision collaborative de l’équité se traduit par une solution unique pour la répartition des bénéfices économiques. Une règle de partage élaborée avec la participation des parties prenantes peut être plus acceptable parce que la définition de la règle n’est pas contestée, comme ce serait le cas si les règles existantes avaientété appliquées avec leurs propres définitions de l’équité. Enfin, les résultats globaux montrent que la réalisation de compromis entre l’efficacité et l’équité peut se produire lorsque ces deux principes de répartition de l’eau sont couplés afin de maximiser les avantages de l’utilisation de l’eau, puis de réaffecter ces d’une manière équitable. / The equitable sharing of benefits in transboundary river basins is necessary to solve disputes among riparian countries and to reach a consensus on basin-wide development and management activities. Benefit-sharing arrangements must be collaboratively developed to be perceived not only as efficient, but also as equitable, and to be considered acceptable to all riparian countries. The current literature mainly describes what is meant by the term benefit sharing, in the context of transboundary river basins, and discusses this from a conceptual point of view. Practical, institutional arrangements that ensure maximum economic welfare, as well as collaboratively developed methods for encouraging the equitable sharing of benefits, are, however, not provided. The overall objective of this PhD project was to develop an institutional arrangement, that includes both water allocation policies and benefit-sharing mechanisms, to improve the sustainability of managing transboundary water resources and to encourage cooperation between riparian states. The methodology extends the traditional approach, which is based on highly constrained allocation policies, that merely complement existing management institutions, by efficiently allocating water resources and then equitably sharing the benefits derived from water use. This thesis details the institutional arrangement developed and, through three separate activities, the main components of the arrangement are analyzed. A river basin authority (RBA) is the operator of a market-based system, in which economically efficient allocation policies are identified and imposed on water users, who are charged for the water allocated to them. These charges are collected and redistributed, via a sharing rule specific to the river basin, to ensure equity among the water users. The Eastern Nile River Basin is used as the case study to illustrate the approach. There are important hydropower and agricultural sectors spread across three countries (Egypt, Sudan and Ethiopia), and there is a long history of non-cooperation in this river basin. Current water allocation is based on colonial era bilateral agreements that designate Egypt and Sudan as the only beneficiaries of the Nile waters. Future cooperation is imperative, in this basin, to take advantage of hydropower potential in Ethiopia, and agriculture potential in Sudan, as well as to mitigate, as much as possible, the effects of climate change in the near future. Results reveal that the cooperative management of the Eastern Nile River Basin and its infrastructure would significantly increase the basin-wide economic benefits and lead to more efficient water allocation. The institutional arrangement ensures that water is withdrawn where it has the greatest value (efficient water allocation is established) and that upstream investments in low productivity projects are discouraged. The highest level of cooperation is effectuated through a supranational institution and all parties must agree on the definition of fairness in the sharing of benefits.The imposition of specific axioms, based on this agreedupon vision of fairness results in a unique solution for the distribution of economic benefits. A sharing rule developed with stakeholder input may be more acceptable because the definition of the rule is not in question, as would be the case if existing rules were applied with their inherent definitions of equity. Finally, overall results show that achieving trade-offs between efficiency and equity can occur when these two principles of water allocation are coupled to first maximize the benefits from water use and then reallocate these in an equitable manner.

Lebanon is situated in a Mediterranean semi-arid region rich in hydraulic resources but strongly under the impact of anthropogenic pressure, mainly after the industrial boost in the last 50 years. In this thesis our research is devoted to the study of water resources and the assessment of soil pollution in two contrasting watersheds that may resemble similar regions in the world. Rivers act as a collective funnel of contaminants derived from rock weathering, industrial, agricultural and urban practices. Thus we focus our study on the two main contrasting watersheds in Lebanon: an industrially dominated watershed located northwest of the country on the Mediterranean coast (Al Jouz basin), and a rural historically agricultural watershed that lies in the continental valley between the two mountainous chains (Litani basin). Geochemical analysis coupled to multi-isotopic applications was used as tools to investigate the collective influence of land-use cover, geomorphological processes, topography, soil type, geology, geography, orography, climate, and hydrological variability on drainage basin evolution. A two-year sampling strategy was followed (2011-2013) to collect not only water samples at various depths in the reservoir and in the piezometers, but also sediments (lacustrine, riverine and coastal) and soils (surficial and cores) to cover seasonal variations (rainy, first flush and dry seasons) in both studied areas. The results highlight the entire mechanism of characterization, origin, and partitioning between the dissolved and particulate phases of pollutants. Furthermore, the environmental implication of the Qaraaoun reservoir was assessed by emphasizing water hydrodynamics and its interaction with the watershed. Characterizing industrial and agricultural pollution allows the understanding of metal behavior and the prediction of its fate, in association with the environmental receiving media in semi-arid and Mediterranean areas. This work was the first to trace pollution sources and to reconstruct the metal fluxes in two of the most environmentally significant watersheds in the country. Stable and radioactive Pb isotopes were used in addition to 137Cs to study the geomorphological influence and the chronology of the environmental stress exerted by the factory and the dam on basin ecology. Moreover, the nature of the Qaraaoun reservoir and the internal hydrological dynamics were explored using stable hydrogen and oxygen isotopes to delineate the reservoir water layers and its fast response to meteorological and hydrodynamic changes in the watersheds, and to demonstrate its strong hydrological connectivity with groundwater. Reservoir water balance was made, indicating groundwater influx into the reservoir which was reported for the first time. The water hydrodynamics was also assessed using a box model, which in its role can be used to evaluate the reservoir water balance and hydro-project functionality and to establish the basis for water sustainability in the long term. This work has yielded a better understanding of biogeochemical processes under different environmental conditions. The treated issues in this thesis will provide a foundation for future hydropower projects and allow one to draw a road-map for national management plans, and to raise the alert for remediation processes and management methods to preserve the environment and resource sustainability, and ultimately the wellbeing of the local population.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans un contexte où les changements climatiques se manifestent sous forme de phénomènes climatiques extrêmes tels que des sècheresses prolongées et des précipitations abondantes soudaines, la question de la texture des sols urbains et de la protection des sources d’eau fait l’objet de nouvelles préoccupations en matière de planification urbaine. Alors que la régulation et la filtration de l’eau de ruissèlement sont restreintes par l’imperméabilité des surfaces urbaines, plusieurs métropoles, dont São Paulo, peuvent se retrouver en situation de crises dues à l’indisponibilité de l’eau potable, aux inondations subites ou à la création d’îlots de chaleur. L’efficacité de la gouvernance environnementale appliquée à la gestion des eaux en milieu métropolitain devient donc primordiale. Par une étude de cas de la métropole de São Paulo, la présente recherche tente d’élucider les facteurs rendant possible l’atteinte d’un modèle de gouvernance environnementale métropolitain qui permettrait de maintenir les fonctions écosystémiques des bassins versants et de construire la résilience à la variabilité climatique. La stratégie d’enquête, basée sur l’analyse de documents scientifiques et gouvernementaux, l’observation participante et la tenue d’entretiens semi-dirigés, permit de soulever plusieurs obstacles à l'application des politiques publiques de protection des espaces verts et des sources d’eau. La carence de maîtrise de l’usage des sols, la priorisation des intérêts économiques, la sectorisation des instances gouvernementales et la faible intégration de la société civile au processus de prise de décision surgissent comme d’importants freins à la construction d’une gouvernance environnementale à São Paulo. La considération des savoirs scientifiques et locaux et la gestion du risque lié à la variabilité climatique sont marginalisées par la sphère politique. Ainsi, la présence d’une vaste législation environnementale, telle qu’en vigueur dans la métropole de São Paulo, ne signifie pas forcément une application des projets et des règlements sans faille. / In a context where climate changes are manifested by extreme climatic events such as prolonged droughts and sudden abundant rainfall, the issue of urban soil texture and water protection is a new concern in urban planning. While the regulation and filtration of runoff water is restricted by the impermeability of urban surfaces, several cities, including São Paulo, may end up in crisis due to the unavailability of drinking water, floods or creation of heat islands. The effectiveness of environmental governance applied to water management in metropolitan areas therefore becomes paramount importance. Through a case study of the metropolis of São Paulo, this research attempts to elucidate the factors that make it possible to achieve a metropolitan environmental governance that would maintain watersheds ecosystem functions and build resilience to climate variability. The research strategy, based on the analysis of scientific and governmental documents, participant observation and semistructured interviews, shows several obstacles to the application of public policies for the protection of green spaces and water sources. The lack of control over land use, the prioritization of economic interests, the governmental sectoralization and the weak integration of civil society into the decision-making process appear as major obstacles to the construction of environmental governance in São Paulo. Scientific and local knowledges and climate risk management are marginalized by the political sphere. Thus, the presence of a vast environmental legislation, as in place in the metropolis of São Paulo, does not necessarily mean an unfailing application of projects and regulations.

"Thèse en cotutelle, doctorat en génie des eaux: Université Laval Québec, Canada Philosophiae doctor (Ph.D.) et Institut national polytechnique de Toulouse, Toulouse, France, Docteur." / La gestion intégrée de la ressource en eau implique de distinguer les parcours de l’eau qui sont accessibles aux sociétés de ceux qui ne le sont pas. Les cheminements de l’eau sont nombreux et fortement variables d’un lieu à l’autre. Il est possible de simplifier cette question en s’attardant plutôt aux deux destinations de l’eau. L’eau bleue forme les réserves et les flux dans l’hydrosystème : cours d’eau, nappes et écoulements souterrains. L’eau verte est le flux invisible de vapeur d’eau qui rejoint l’atmosphère. Elle inclut l’eau consommée par les plantes et l’eau dans les sols. Or, un grand nombre d’études ne portent que sur un seul type d’eau bleue, en ne s’intéressant généralement qu’au devenir des débits ou, plus rarement, à la recharge des nappes. Le portrait global est alors manquant. Dans un même temps, les changements climatiques viennent impacter ce cheminement de l’eau en faisant varier de manière distincte les différents composants de cycle hydrologique. L’étude réalisée ici utilise l’outil de modélisation SWAT afin de réaliser le suivi de toutes les composantes du cycle hydrologique et de quantifier l’impact des changements climatiques sur l’hydrosystème du bassin versant de la Garonne. Une première partie du travail a permis d’affiner la mise en place du modèle pour répondre au mieux à la problématique posée. Un soin particulier a été apporté à l’utilisation de données météorologiques sur grille (SAFRAN) ainsi qu’à la prise en compte de la neige sur les reliefs. Le calage des paramètres du modèle a été testé dans un contexte differential split sampling, en calant puis validant sur des années contrastées en terme climatique afin d’appréhender la robustesse de la simulation dans un contexte de changements climatiques. Cette étape a permis une amélioration substantielle des performances sur la période de calage (2000-2010) ainsi que la mise en évidence de la stabilité du modèle face aux changements climatiques. Par suite, des simulations sur une période d’un siècle (1960-2050) ont été produites puis analysées en deux phases : i) La période passée (1960-2000), basée sur les observations climatiques, a servi de période de validation à long terme du modèle sur la simulation des débits, avec de très bonnes performances. L’analyse des différents composants hydrologiques met en évidence un impact fort sur les flux et stocks d’eau verte, avec une diminution de la teneur en eau des sols et une augmentation importante de l’évapotranspiration. Les composantes de l’eau bleue sont principalement perturbées au niveau du stock de neige et des débits qui présentent tous les deux une baisse substantielle. ii) Des projections hydrologiques ont été réalisées (2010-2050) en sélectionnant une gamme de scénarios et de modèles climatiques issus d’une mise à l’échelle dynamique. L’analyse de simulation vient en bonne part confirmer les conclusions tirées de la période passée : un impact important sur l’eau verte, avec toujours une baisse de la teneur en eau des sols et une augmentation de l’évapotranspiration potentielle. Les simulations montrent que la teneur en eau des sols pendant la période estivale est telle qu’elle en vient à réduire les flux d’évapotranspiration réelle, mettant en évidence le possible déficit futur des stocks d’eau verte. En outre, si l’analyse des composantes de l’eau bleue montre toujours une diminution significative du stock de neige, les débits semblent cette fois en hausse pendant l’automne et l’hiver. Ces résultats sont un signe de l’«accélération» des composantes d’eau bleue de surface, probablement en relation avec l’augmentation des évènements extrêmes de précipitation. Ce travail a permis de réaliser une analyse des variations de la plupart des composantes du cycle hydrologique à l’échelle d’un bassin versant, confirmant l’importance de prendre en compte toutes ces composantes pour évaluer l’impact des changements climatiques et plus largement des changements environnementaux sur la ressource en eau. / Integrated water resource management requires distinction between water paths that are directly available for society and those which are not. Water pathways, from precipitation to the oceans or the atmosphere, are highly variable from one place to another. The complexity of water pathways can be simplified by focusing on two main categories of water resources: blue water, which is the stock and flow moving into the hydrosystem that is directly available (e.g. rivers, lakes, aquifers and groundwater flow), and green water, which is the invisible flow of water vapor leaving the hydrosphere to the atmosphere. The latter includes the water used by forests, grasslands, rain fed crops, and the water in soils. However, many hydrological studies focus only on blue water, particularly the discharge or more rarely the ground water recharge, ignoring all green water components, therefore missing the overall picture. At the same time, climate change highlighted in recent years have been found to impact water pathway distributions by affecting different components of the hydrological cycle at the watershed scale. The study presented here exploits the SWAT hydrological model to assess the variation of different components of a hydrosystem facing climate change. The study area is the watershed of the Garonne River, where data is available. The first part of this work focused on refining the implementation of the model in order to better tackle the problem at hand. Particular attention has been paid to the use of gridded weather data (SAFRAN product) as well as to the simulation of snow present in the mountainous portion of the watershed. Calibration of the model parameters was tested through a differential split sampling method, based on calibration and validation using climatically contrasted periods, in order to test the robustness of the model. These steps led to a substantial improvement in the simulations performance over the calibration period (2000-2010) and demonstrated the robustness of the model within a climate change context. The improved SWAT model was next used to produce simulations over a hundred-year period (1960-2050), an analysis carried out in two steps: First, the past period (1960-2000) simulation, based on observed climatic data, was used to validate discharge simulations for which very good performance was obtained. Analysis of the different components of the hydrological cycle showed a strong impact on flows and stocks of green water, with a reduction of the water content in soil and a substantial increase in evapotranspiration. Blue water is mostly impacted in terms of snow stock and discharge flow, which both showed a substantial decrease. Secondly, hydrological projections were performed (2010-2050) based on a selection of climate scenarios and models, submitted to dynamic downscaling. Analysis of these projections partly confirmed the conclusions drawn from the historic period: i.e. a substantial impact on green water, with a decrease of the soil water content and an increase of potential evapotranspiration. The projections also revealed that the soil water content during the summer season is such that it reduces the actual evapotranspiration, highlighting possible future deficits of green water stocks. Furthermore, if the analysis of blue water components always presented a substantial decrease in the snowpack, discharge appears to increase during autumn and winter periods. These results indicate an "acceleration" of blue surface water components which is likely related to an increase in extreme rainfall events. In this study, an analysis of the variation of the main hydrological cycle components have been proposed at a watershed scales, confirming the importance of taking into account all these components to evaluate the climate change impact and more broadly environmental changes on water resources.

Au Québec, l'eau trouve une attention particulière depuis la dernière décennie avec la mise en place de la Politique nationale de l'eau mise en oeuvre par le gouvernement du Québec, en 2002. Cette politique s'inscrivant selon les principes de nouvelle gouvernance modifia visage de la gestion de l'eau au Québec en instituant graduellement une gestion intégrée par bassin versant sur le territoire québécois. La recherche s'intéresse aux organismes chargés de cette question qui, malgré les problèmes reliés à la Politique nationale de l'eau, réussissent à instituer une table de concertation menant à une gestion intégrée de l'eau. Le mémoire présente les résultats d'une récente enquête menée auprès des acteurs membres de deux organismes de bassin versant. Au total, 27 entretiens ont été réalisés dans le cadre de cette étude dont l'objectif était de saisir, à l'intérieur d'entretiens semi-dirigés, les particularités institutionnelles de chacun des organismes. Deux types de gouvernance sont apparus ; l'une axée sur la conservation et l'autre sur la réhabilitation.

La présente étude est une contribution à la connaissance de la géochimie des eaux de la partie inférieure du bassin versant de la rivière N’djili située à l’Est de Kinshasa (République Démocratique du Congo). Les eaux de surface ont été échantillonnées sur six sites de prélèvements au cours de la période allant d’avril 2005 à février 2006, deux sites supplémentaires ont été ajoutés sur le fleuve Congo à partir de 2007. Onze campagnes d’échantillonnages ont permis un suivi annuel (avril 2005 à février 2006), trois autres ont eu lieu de mai à juillet 2007 et vingt-deux autres d’octobre 2008 à octobre 2009. Les paramètres physico-chimiques suivants ont été mesurés :température, pH, conductivité, alcalinité, oxygène dissous. Les dosages des éléments majeurs (anioniques et cationiques) et de certains éléments traces ont été effectués pour étayer cette étude géochimique. <p><p>Il ressort de cette étude que la température de l’eau prélevée est proche de la température moyenne atmosphérique dans la zone d’étude, ce qui indique un équilibre thermique entre les eaux de surface et l’atmosphère.<p><p>Dans certains cas, les valeurs de pH mesurées peuvent être très basses à cause du lessivage des acides organiques provenant de la végétation en décomposition et de la présence d’anhydride carbonique dissous (Burler et Ison, 1966). A la vue des résultats d’analyse des eaux de pluies, nous pouvons remarquer que l’acidité des eaux prélevées de cette partie du bassin versant serait en partie due à la contribution des précipitations.<p><p>Pour ce qui est de la conductivité, à l’exception du site Matete, les valeurs mesurées sont inférieures à 100 µS/cm, ce qui correspond aux eaux de surface très faiblement minéralisées. Il n’y a pas beaucoup de variation de conductivité entre la saison des pluies, période des hautes eaux, et la saison sèche, période des basses eaux. Ceci nous montre à nouveau qu’il y a une contribution importante des précipitations dans la composition des eaux échantillonnées puisqu’il n’y a pas de grand écart de valeur en l’absence de précipitation.<p><p>La solubilité de l’oxygène dans l’eau diminue lorsque la température augmente, ce qui induit une diminution de la concentration en oxygène à saturation. Le calcul du taux de saturation dans nos échantillons montre que les eaux sont sous-saturées en oxygène. Ceci peut s’expliquer par le fait que ce bassin versant, du moins dans la zone d’étude, subit des rejets d’eaux usées et des rejets de l’usine de traitement des eaux (REGIDESO). Nous soupçonnons la présence d’une pollution organique induisant la consommation de l’oxygène dissous par respiration. <p>Les teneurs des éléments ne sont pas constantes au cours du temps. Certains sont plus abondants que d’autres (en particulier HCO3-, Ca+, Na+, K+, SiO2 et Cl-). Il n’y a pas de variations saisonnières importantes des éléments majeurs. L’ordre d’abondance décroissant pour les cations est Na+>Ca2+>K+>Mg2+ et pour les anions est HCO3->Cl-≈NO3->SO42-.<p><p>La corrélation entre la conductivité électrique et les teneurs en composés chimiques majeurs montre que la conductivité est surtout contrôlée par les bicarbonates, les nitrates, les chlorures, les sulfates, le sodium, le magnésium, le calcium et le potassium. Ces eaux sont particulièrement peu chargées en éléments minéraux dissous, la moyenne des TDS (Total Dissolved Salts) pour chaque site étant largement inférieure à la moyenne mondiale des eaux de rivière, qui est 100 mg/l (Berner et Berner, 1987), tendance également observée pour le calcium (5,7 mg/l pour les rivières africaines et 13,4 mg/l pour la moyenne mondiale). Seul le site de Matete présente une moyenne supérieure à ces valeurs. Pour la silice dissoute, par contre, les concentrations observées sont voisines de la moyenne mondiale (10,4 mg/l).<p><p>Les valeurs du bilan ionique sont en majorité négatives, c’est-à-dire qu’elles traduisent un excès d’anions. Le calcul du bilan ionique a été effectué pour chaque point de prélèvements, pour les deux dernières séries de campagnes de prélèvements, soit de mai à juillet 2007 et d’octobre 2008 à octobre 2009.<p><p>Cette étude nous a permis de dégager des groupes au comportement commun qui reflètent des faciès géochimiques différents et dont les plus importants sont les suivants :(1) Le faciès bicarbonaté calcique :il correspond aux eaux provenant des écoulements sur des roches hypersiliceuses (grès, quartzites). Le magnésium est le deuxième cation dominant après le calcium pour le site de prélèvements CFAM (Confluence Fleuve Amont) représentant plus de 20% de la teneur en cations. Et, (2) Le faciès bicarbonaté sodique :il correspond au point de prélèvement Kwambila qui, bien que situé sur une roche hypersiliceuse, présente le sodium comme cation dominant et les nitrates comme anions dominants après les bicarbonates. Ce point de prélèvement est caractérisé par une activité agricole induisant l’utilisation de fertilisants azotés. L’élevage porcin est également pratiqué dans cette région. Ces activités humaines pourraient expliquer la prédominance du sodium et du nitrate dans cette région pour toutes les saisons confondues. <p> <p>SUMMARY<p>The present study contributes to a better understanding of the water<p>geochemistry in the N’djili river catchment, East from Kinshasa (Democratic<p>Republic of Congo). Surface waters have been collected at six sampling sites during the period from April 2005 and February 2006. Two additional sampling sites have been added since 2007. Eleven sampling campaigns allowed an annual<p>follow-up (April 2005 to February 2006), three others took place from May to<p>July 2007 and twenty-two additional ones from October 2008 to October 2009.<p>The physico-chemical parameters that have been measured are as follows:<p>temperature, pH, conductivity, alkalinity, dissolved oxygen. The measurement of<p>major elements (anions and cations) and some trace elements has been<p>performed in order to support this geochemical investigation.<p>The temperature of the riverine waters appears to be close to the mean air<p>temperature in the study area, indicating a thermal equilibrium between surface<p>waters and the atmosphere.<p>In some cases, values pH measured can be very low due to the leaching of<p>organic acids originating from both decomposing vegetation and the presence of<p>dissolved carbon dioxide (Burler and Ison, 1966). Based on the analyses of the<p>rain waters, one can note that the acidity of riverine waters results partially from<p>the atmospheric precipitation.<p>Regarding conductivity, with the exception of Matete area, the values are below<p>100 μS/cm, which corresponds to weakly mineralized surface waters. Little<p>variation in conductivity was observed between rainy and dry seasons is low,<p>suggesting again an important control of the riverine water composition by the<p>precipitation.<p>Oxygen solubility in the riverine waters decreases with increasing temperature,<p>which results in a decrease of dissolved oxygen content. The calculation of the<p>saturation state in our samples show that the riverine waters are undersaturated<p>with oxygen. This phenomenon can be explained by the fact that the river<p>catchment, at least for the study area, is subjected to untreated and treated<p>sewage effluent releases. One may expect an organic pollution leading to a<p>consumption of dissolved oxygen by respiration.<p>The concentrations of dissolved elements are variable with time. Some are more<p>abundant than others (especially HCO3-, Ca+, Na+, K+, SiO2 and Cl-). There is no<p>major seasonal variability for the major dissolved elements. The abundance<p>decreases in the orders Na+>Ca2+>K+>Mg2+ and HCO3->Cl-≈NO3->SO42- for<p>cations and anions, respectively.<p>Correlation between conductivity and major element concentrations show that<p>the former is mainly dictated by bicarbonates, nitrates, chlorides, sulfates,<p>sodium, magnesium, calcium and potassium. These riverine waters are<p>particularly low in dissolved minerals, the mean TDS (Total Dissolved Salts) for<p>each site being largely lower than the global average for rivers (i.e. 100 mg/l,<p>Berner and Berner, 1987). Calcium displays the same trend, with 5.7 mg/l for<p>African rivers in comparison with a global average of 13.4 mg/l. Only Matete area<p>exhibits a mean higher than these values. For dissolved silica, however, the<p>measured contents are close to the global average (i.e. 10.4 mg/l).<p>The values of the ionic balance are negative most of the time, suggesting an<p>excess in anions. The calculation of the charge balance has been realised for<p>each sampling location, during the two last campaigns (i.e. May 2007 - July 2007<p>and October 2008 – October 2009).<p>This study sheds some light on the groups of elements exhibiting a common<p>behaviour but reflecting different geochemical facies. The most important ones<p>are the following: (1) calcium bicarbonate facies: it corresponds to the water<p>run-off from silicate rocks (sandstone, quartzite). Magnesium is the second<p>dominant cation (after calcium) for the CFAM (“Confluence Fleuve Amont”)<p>sampling site, accounting for more than 20% of cation load. And (2) sodium<p>bicarbonate facies: it corresponds to the Kwambila sampling site, where sodium<p>is present as dominant cation and nitrates as dominant anion (after<p>bicarbonates). This sampling site is characterized by agricultural activities<p>entailing the use of nitrogen-rich fertilizers. Pig farming is also practiced in this<p>region. Theses human activities could therefore explain the predominance of<p>both sodium and nitrate in this area, irrespective of the season.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify"><i>Typologie des cours d’eau en Wallonie et caractérisation par la faune invertébrée</i><br>Vingt-cinq types de cours d’eau ont été définis en Wallonie d’après les termes de la Directive Cadre pour l’Eau en tenant compte des facteurs obligatoires et optionnels rassemblés sous trois critères :la taille (du « ruisseau » à la « très grande rivière »), la pente (faible, moyenne et forte), et cinq régions naturelles (la région limoneuse, le Condroz, la Famenne, l’Ardenne et la Lorraine belge, résumant les facteurs obligatoires altitude, latitude, longitude et géologie). Une approche par analyses multivariées appliquées à un grand nombre d’échantillons (listes taxonomiques) a permis de définir de façon plus précise certains types de rivières et de distinguer sept groupes typologiques montrant des assemblages faunistiques similaires.</p><p><p align="justify"><i>Conditions de référence types et définition de l’état écologique des rivières en Wallonie à l’aide de métriques biocénotiques basées sur les invertébrés</i><br> Les listes faunistiques et les valeurs métriques de l’IBGN (Indice biologique global normalisé) issues du réseau d’évaluation de la qualité biologique en Wallonie ont été utilisées pour discriminer les types de rivières et pour définir les sites de référence, les conditions de référence et les limites des classes des états écologiques. Au sud du sillon Sambre et Meuse, impliquant quatre groupes typologiques de rivières, les valeurs de référence et la définition des états écologiques ont été basées et calculées sur un réseau de référence de sites de très bon état. Les « valeurs de conditions de référence » ont été définies par les médianes des métriques des sites de « très bon état ». Lorsque aucun site de très bon état n’était disponible, c’est-à-dire pour les groupes typologiques au nord du sillon Sambre et Meuse et pour la Meuse et la Sambre, les conditions de référence (ou le « potentiel écologique maximal ») et les limites de classes ont été basées sur des coefficients appliqués aux sites de « bon état » et sur jugement d’expert.</p><p><p align="justify"><i>Exercice pilote d’inter-étalonnage</i><br> Cinquante échantillons ont été sélectionnés parmi les rivières du type d’inter-étalonnage européen R-C3 (petite taille, altitude moyenne, substrat siliceux) en Wallonie (correspondant aux « ruisseaux ardennais ») dans toute la gamme de qualités écologiques, du « très bon » au « mauvais » état. Chaque métrique de l’indice « Intercalibration Common Metrics » (ICM) a été comparée (par régression linéaire et polynomiale) aux valeurs de l’IBGN. La plus forte corrélation a été établie avec l’indice synthétique de l’ICM dont le R² très élevé (0,95) permet un inter-étalonnage précis et fiable. A un EQR (Equivalent Quality Ratio) de l’IBGN = 1 correspond un indice ICM très proche (= 1,004). En conséquence, la métrique « cote de l’IBGN » est proposée comme métrique pour l’évaluation de l’état écologique de la faune invertébrée en Wallonie.</p><p><p align="justify"><i>Espèces exotiques et invasives</i><br>L’ouverture récente du canal à grand gabarit Main – Danube en 1992 et la navigation qui en résulte a permis à plusieurs espèces de macroinvertébrés ponto-caspiennes d’envahir successivement les bassins du Rhin et de la Meuse. De 1998 à 2000, le réseau de mesure a enregistré quatre nouvelles espèces exotiques dans la Meuse en Belgique :une polychète (<i>Hypania invalida</i>) et trois crustacés (<i>Hemimysis anomala, Dikerogammarus villosus, D. haemobaphes</i>). Peu avant, en 1995, le bivalve asiatique <i>Corbicula fluminea</i> et l’amphipode nord-américain <i>Crangonyx pseudogracilis</i> ont également été enregistrés pour la première fois. La dynamique des invasions a été étudiée et discutée.</p><p><p align="justify">L’<i>état biologique actuel</i> (2000-2002) des masses d’eaux de surface en Wallonie et l’évolution des états biologiques sur une décennie (1990-2002) figurent dans l’étude et sont discutés. Une amélioration globale de la qualité de 6 % est enregistrée pour cette période. L’amélioration de la qualité se manifeste principalement pour les états « mauvais » et « médiocre » s’élevant à l’état « moyen ».</p><p><p><b>Abstract</b><p><p><p align="justify"><i>River typology in Wallonia and invertebrate fauna characterization</i><br>Twenty-five river-types in Wallonia were defined according to the Water Framework Directive taking into account obligatory and optional factors gathered in three criteria: the size (from “brook” to “very large river”), the slope (gentle, medium and strong) and five natural regions (Loess, Condroz, Famenne, Arden and Jurassic summarising the obligatory altitude, latitude, longitude and geology factors). A multivariate approach applied to a large amount of samples (i.e. taxa lists) led to give a more accurate definition of some river-types and to discriminate seven river-type groups exhibiting similar faunal assemblages.</p><p><p align="justify"><i>Type-specific reference conditions and ecological status definition of rivers in Wallonia using invertebrate biocenotic metrics</i><br> Faunal lists and IBGN (i.e. "Standardized Global Biological Index IBGN") metric values, evolving from the biological quality assessment network in Wallonia, were used to discriminate the river types and to define the reference sites, the reference conditions and the status class limits. South of the axis made by the Sambre & Meuse Rivers, involving four river-type groups, reference values and ecological status definition were based and calculated on a reference network of sites of high status. The "reference condition values” were defined as the median values of the metrics in all “high status” sites. Where no site of high status was available, i.e. in the others river-type groups north of the same axis and in the Rivers Sambre and Meuse themselves, reference conditions (or maximum ecological potential) and class limits were based on coefficients applied to “good status” sites and on expert judgement.</p><p><p align="justify"><i>Intercalibration pilot exercise</i><br> Fifty samples were selected from R-C3 rivers (i.e. small, mid-altitude, siliceous) in Wallonia (corresponding to the “Arden’s brooks”) showing the widest range of ecological quality from high to bad status. Each Intercalibration Common Metric (ICM) was compared (linear and polynomial regression) to IBGN scores. The highest correlation was found with the synthetic ICM index, whose high R² (0.95) allows accurate and reliable intercalibration. To IBGN EQR (i.e. Equivalent Quality Ratio) = 1 corresponds a very close ICM index value (= 1.004). Consequently, the metric IBGN score is being proposed to act as the metric for the assessment of the invertebrate fauna ecological status in Wallonia, Belgium.</p><p><p align="justify"><i>Exotic and invasive species</i><br> The recent opening of the canal Danube – Main in 1992 and the subsequent navigation allowed several Ponto-Caspian macroinvertebrate species to invade successively the Rhine and the River Meuse basins. From 1998 to 2000, the monitoring network recorded four new alien species in the River Meuse in Belgium: one Polychaeta (<i>Hypania invalida</i>) and three Crustacea (<i>Hemimysis anomala, Dikerogammarus villosus, D. haemobaphes</i>). Earlier, in 1995, the Asian Bivalvia <i>Corbicula fluminea</i> and the North American Amphipod <i>Crangonyx pseudogracilis</i> were also recorded for the first time. The invasions’ dynamics were studied and discussed.</p><p><p align="justify"><i>Present biological status</i> (2000-2002) of surface water-bodies in Wallonia and biological status evolution over a one-decade period (1990-2002) is included and discussed in the study. A global quality improvement of 6 % is recorded for the period. Quality improvement concerns mainly the “bad” and “poor” status raising up to “moderate” status.</p><p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie animale / info:eu-repo/semantics/nonPublished