La récente approbation en 2014 du plan de gestion du district hydrographique du basin Tage établit par la Directive Cadre sur l’eau en 2009 fut bloqué dans sa majorité par des tensions entre plusieurs communautés autonomes (régions) espagnoles autour la mise en place d'un débit minimum pour atteindre le bon état écologique des eaux en 2015. Ces rivalités de pouvoirs territoriales sont influencées par l’avenir du transfert Tage-Segura, symbole de la politique hydraulique espagnole et du développement agricole et touristique du sud-est espagnol. A leur part, le caractère international du Bassin du Tage entraîne l’accomplissement des engagements établis lors de la signature de la Convention de l’Albufera en 1998 entre l’Espagne et le Portugal. Le modèle territorial décentralisé, les choix économiques, la sècheresse, et l’omniprésence politique des discours identitaires accentuent en Espagne la conviction selon laquelle il y aurait des « propriétaires » de l’eau. Les résultats des négociations dépendent de stratégies locales et de leur articulation au niveau national et européen, autant que de considérations écologiques. / This year’s approval of Management Plan of the Hydrographical Basin of Tagus that was established by the Water Framework Directive in 2009 has been blocked due to political tensions about the future of the Tagus-Segura transfer. Several spanish autonomous communities (regions) are confronted with “a debit minimum” to improve the good ecological state of water by 2015. This transfer is actually one of the main symbols of the Spanish hydraulic policy and a promoter of regional development on agriculture and tourism for the south-eastern Spain. International Tagus Basin requires fulfilling the commitments under the Albufera Convention signed in 1998 between Spain and Portugal. A Decentralized territorial model, different economic choices, droughts and the omnipresence of regional identity discourses in politics strengths a tendency for Spanish politicians to wish to become « owners » of the water. The results of the negotiations depend on local policies and their articulation at national and European level, as well as environmental considerations. / La reciente aprobación en 2014 del plan hidrológico de la Cuenca del Tajo, establecido por ladirectiva marco del Agua en 2009, fue bloqueado principalmente por tensiones entre variascomunidades autónomas españolas en relación a la fijación de un caudal mínimo necesariopara alcanzar el buen estado ecológico de las aguas en 2015. Estas rivalidades de poderterritoriales están sujetas al futuro del trasvase Tajo-Segura, símbolo de la política hidráulicaespañola y factor determinante del desarrollo agrícola y turístico del sureste español. Por otrolado, el carácter internacional de la cuenca del Tajo implica el cumplimiento de loscompromisos adquiridos entre España y Portugal tras la firma de la convención de laAlbufeira. El modelo territorial descentralizado, los factores económicos, la sequía y laomnipresencia de discursos identitarios acentúan en España la convicción según la cualexistirían propietarios del agua. Los resultados de las negociaciones dependen tanto de lasestrategias locales y su articulación a nivel nacional y europeo como de consideracionesecológicas.

Avec les lois sur l'eau de 1964 et 1992, la France s'est dotée d'une gestion intégrée et décentralisée de la ressource en eau, organisée autour de six bassins hydrographiques. Sans remettre en cause les fondements de cette organisation, la Directive Cadre sur l'Eau (DCE), adoptée le 22 décembre 2000, renforce cette gestion en fixant des objectifs environnementaux planifiés, en l'organisant au sein de sous entités hydrographiques, les masses d'eau, et en prônant l'utilisation de l'analyse économique. Dès 2009, les Agences de l'Eau doivent définir un plan de gestion fixant les objectifs à atteindre en 2015, première échéance de la DCE, et un programme de mesures nécessaires à leur réalisation. Parmi les objectifs de reconquête de la qualité des eaux, la réduction des contaminations nitriques des ressources en eau souterraine du bassin de la Seine constitue un des grands enjeux auxquels doivent faire face les gestionnaires. La principale source de cette contamination est une pollution diffuse d'origine agricole étendue à l'ensemble du bassin. Depuis plusieurs années, des efforts ont déjà été initiés en instaurant la mise en place de mesures agro-environnementales. Mais en raison de l'efficacité partielle de ce type de mesure et des temps de réponse souvent longs des aquifères, on est en droit de se demander si ce type de mesures suffira à remplir l'objectif de bon état chimique des eaux souterraines à l'horizon 2015. La première étape de notre travail a donc consisté en une exploitation prospective du modèle agro-hydrologique MODSUR-STICS-NEWSAM, développé dans le cadre du programme PIREN-Seine pour simuler l'impact des pollutions diffuses azotées d'origine agricole sur les trois principaux aquifères du bassin de la Seine. Sur la base d'un recensement des pratiques agricoles observées à l'échelle de grandes régions agricoles sur la période 1992-1998, deux scénarios ont été élaborés: continuité de ces pratiques en "laisser-faire" et application de mesures agro-environnementales. L'évolution de la médiane de la distribution des concentrations mesurées en nitrates, indice statistique caractérisant chaque aquifère, permet d'estimer l'impact des mesures à diverses échéances. Par confrontation entre données simulées avec données observées sur une période de 30 ans, le risque de dépassement d'une valeur seuil est évalué pour chaque cellule du modèle et agrégé à l'échelle des masses d'eau souterraines du bassin. Chaque masse d'eau peut alors être caractérisée par sa probabilité de franchissement des seuils de concentration de 25, 40, 50 et 100 mgNO3/l. La seconde partie de ce mémoire a pour objectif de mettre en œuvre l'exploitation socio-économique des résultats du modèle en déterminant les coûts et les bénéfices attendus des mesures agricoles préventives. Les surcoûts supportés par les agriculteurs tiennent compte des variations de rendements simulés par STICS et des coûts imputables à la mise en place des mesures. L'évaluation des bénéfices se limite à l'estimation des dommages évités pour la production domestique d'eau potable depuis les ressources en eau souterraine. Deux méthodes ont été employées. La première est basée sur l'approche de R.L. Raucher appliquée à l'ensemble du bassin en supposant qu'un traitement curatif systématique des eaux brutes est mis en œuvre dès que la probabilité de dépassement du seuil de 50 mgNO3/l devient trop grande. La seconde approche simule à l'aide s'un système multi-agents (SMA), le comportement des unités de gestion et d'exploitation (UGE) face à une pollution avérée de leur ressource. Ce modèle, baptisé WATER-RUSH, est appliqué sur plusieurs décennies au territoire de trois masses d'eau du bassin de la Seine couvrant 612 UGE, soit 1 027 communes. Cet outil permet de tester les différentes solutions pouvant être adoptées par les UGE suivant un critère de moindre coût et la prise en compte des conditions locales d'exploitation: mélange au sein du réseau, approfondissement des captages, traitement des eaux brutes, abandon et recherche de nouvelle ressource intra ou extra UGE. Sur cette base, le surcoût de chaque solution est calculé annuellement sur toute la période simulée et rapporté au mètre cube produit.

La directive 2000/60/CE établit un nouveau cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau. Elle fixe des objectifs de bon état écologique des milieux aquatiques. Elle impose une optimisation et une planification des actions de restauration avec des échéances précises. Pour les institutions françaises de gestion de l'eau, dont les agences, il s'agit de passer d'une obligation de moyens consacrés à des équipements à une obligation de résultats mesurés par des indicateurs biologiques peu utilisés pour la décision aujourd'hui. <br />Ces indicateurs sont de curieuses constructions à cheval entre l'ingénierie et la biologie et la littérature abonde d'éléments opposant ces deux mondes. D'un côté les ingénieurs de la filière « eau » dimensionnent et gèrent des ouvrages grâce à des indicateurs. Ils ont pour héritage un passé de conquête et réalisent des projets efficaces pensés hors du temps. De l'autre, les pêcheurs et les biologistes ont le souci de la vie au quotidien avec une observation méticuleuse et domestique. Ils ont de la curiosité pour des êtres vivants ignorés des normes et certains d'entre eux ont fait de l'écologie une revendication politique bien ancrée dans les préoccupations du jour. Au-delà des différences de culture, l'opposition entre la filière eau et les amateurs de milieux aquatiques est aussi un rapport de moyens. La filière « eau » bénéficie d'un budget propre de près de 20 milliards d'euros par an. La gestion du patrimoine piscicole a bénéficié dans ses meilleures années d'un budget de 10 millions d'euros, mais elle disparaît aujourd'hui pour se fondre dans le régime commun des agences de l'eau. <br />On ne peut cependant pas rester sur ce constat d'opposition entre ingénieurs et biologistes pour comprendre les indicateurs biologiques. Le pouvoir critique de la biologie qui met en lumière des êtres « anormaux » a régulièrement induit des réactions des filières de gestion qui ont établi de « nouvelles normalités » à ces êtres dérangeants. Pour étudier ce passage de relais, j'étudie les organisations de gestion de l'eau et leurs outils comme des institutions au sens d'Anthony Giddens (Giddens 1987), c'est à dire des combinaisons entre un référentiel de sens, des règles de droit et des moyens. Ce niveau structurel auquel les acteurs se sont habitués continue d'évoluer sous l'influence de médiateurs mobilisant de nouveaux réseaux (Latour 1989). J'étudie ainsi comment sont mises en mots, en nombres, en variables et en modèle (Desrosières 2003) des spécificités auxquelles des naturalistes sont attachés. J'étudie également le lien entre ces modèles et la légitimité politique de l'action publique (Foucault 1978-79).<br />Je retrace ainsi la trajectoire conjointe de quelques outils de représentation des rivières sur le Rhône, sur la Seine et sur l'ensemble du territoire et l'histoire de la mise en place des institutions de la pêche, des agences, des différentes lois sur la nature, la pêche et l'eau. Cette épopée me permet d'identifier des stratégies et contextes communs aux différents promoteurs et assembleurs d'indicateurs biologiques.<br />Je m'intéresse alors aux pratiques de gestion de deux agences de l'eau pour comprendre leur faible utilisation des indicateurs biologiques. Je montre l'existence de plusieurs référentiels de gestion dans ces organismes. Je montre aussi le grand degré d'indétermination des dossiers avant leur stabilisation lors de l'attribution de subvention. Les stratégies d'assemblage inventées par les gestionnaires ont des similarités avec celles mises en œuvre par les biologistes pour parler au nom des rivières. Elles permettent l'adaptation et l'apprentissage.<br />Me déplaçant alors au niveau européen, je relate comment la directive cadre a été adoptée. Ce récit me permet de qualifier le contexte politique qui accompagne les nouvelles modalités d'évaluation. Je conclus alors sur l'enjeu des évaluations partisanes dans une perspective pluraliste pour déconstruire et mettre en débat les indicateurs de gestion des rivières.

La thèse est structurée autour de quatre articles. Le premier article - What determines efficiency? An analysis of the Italian water sector – offre une évaluation d’efficience du plus grand échantillon d’entreprises italiennes dans le secteur de l’eau qui ait jamais été rassemblé. Cela sur un horizon temporel de quatre ans. Le deuxième article – Hydropower rent in Northern Italy: economic and environmental concerns in the renewal procedure – a deux objectifs: le premier est d’estimer la rente de l’hydroélectricité en Italie, ce qui n’a jamais été intenté auparavant ; le seconde est d’analyser le trade-off entre l’appropriation de la rente et les améliorations environnementales. Le troisième article – Estimating a performance-based environmental fee for hydropower production: a choice experiment approach – développe une redevance basée sur la performance environnementale à mesure non seulement d’internaliser les coûts environnementaux que l’hydroélectricité détermine, mais aussi d'inciter les producteurs à aller au delà de la régulation environnementale existante : de cette façon, ils payent moins. Enfin, le quatrième article – Cheaper electricity or a better river? Estimating fluvial ecosystem value in Southern France – applique la méthodologie CE à l’étude du trade-off potentiel entre revenue-sharing et améliorations environnementales dans la Vallée d’Aspe (Pyrénées français), où plus de 100 MW de capacité hydroélectrique sont installés. / The thesis is structured as a collection of four papers and it is ideally divided into two parts: the first one, composed of just one paper, is an efficiency analysis of the Italian integrated water sector; the second part, made of the other three papers, is thematic and studies hydropower production in terms of rent generation and environmental impacts.The first paper – What determines efficiency? An analysis of the Italian water sector – offers an original evaluation of the efficiency of the biggest sample ever gathered of Italian water companies over a period of four years.The first paper of the thematic part – Hydropower rent in Northern Italy: economic and environmental concerns in the renewal procedure – has two objectives: the first one is to estimate the hydropower rent in Italy, which has never been done before; the second one is to investigate the trade-off between rent seizing and environmental improvements.The second thematic paper – Estimating a performance-based environmental fee for hydropower production: a choice experiment approach – develops a performance-based environmental fee able not only to internalize the environmental costs that hydropower causes, but also to stimulate producers to outperform existing environmental regulation: the more they outperform, the less they pay.Finally, the third thematic paper – Cheaper electricity or a better river? Estimating fluvial ecosystem value in Southern France – applies the DCE approach to study the potential trade-off between revenue-sharing and environmental improvements in the Aspe valley, located in the French Pyrenees, where more than 100 MW of hydropower capacity are installed.

Selon la Directive Cadre européenne sur l’Eau (DCE), le bon état écologique de tous les milieux aquatiques devra être atteint d’ici 2015. Cet état s’évalue en grande partie au moyen de paramètres biologiques, eux-mêmes régis par les conditions physico-chimiques et hydromorphologiques des masses d’eau. Pour atteindre les objectifs de la DCE, l’évaluation de l’état physique du réseau hydrographique apparaît comme une phase essentielle alors que cette question relève encore pour certains aspects de la recherche fondamentale. La mise en oeuvre de cette étape à l’échelle du bassin du Rhône entraîne un certain nombre de questions scientifiques auxquelles il est nécessaire de répondre avant d’envisager toute application. En effet, les connaissances dans les domaines de la géomorphologie ou de l’hydrologie sont aujourd’hui suffisantes à l’échelle locale pour envisager de régionaliser ce type d’informations. Cependant le changement d’échelle est à l’origine de contraintes méthodologiques importantes liées notamment à la très grande hétérogénéité des milieux à caractériser.L'objectif de cette thèse est donc double. D’une part, il s’agit de mettre en place des outils géomatiques permettant d’obtenir une vision globale et homogène des caractéristiques physiques du réseau hydrographique. Pour cela, nous proposons (i) de développer une méthodologie d’extraction de l’information à partir de données vectorielles ou rasters, et (ii) de définir des indicateurs pertinents de caractérisation hydrogéomorphologique. D’autre part, ces outils et cette méthode ont été testés et appliqués sur le réseau hydrographique du Rhône afin d’évaluer leur efficacité et de proposer des éléments fiables de caractérisation des conditions physiques à large échelle. / According to the Water Framework Directive (WFD), the good ecological status of all aquatic environments should be achieved by 2015. This status is evaluated largely using biological parameters, which are controlled by the physico-chemical and hydromorphological conditions of water bodies. To achieve the objectives of the WFD, assessing the physical condition of the hydrographic network appears to be a prerequisite, yet this issue still requires research of a fundamental nature. This stage in the basin of the Rhône raises a number of scientific issues which it is necessary to answer before considering practical application. In fact, knowledge of geomorphology and hydrology is now sufficient at a local scale and we can envisage applying this information at a regional scale. However, the change of scale results in important methodological constraints linked in particular to the great heterogeneity of environments.This thesis has two objectives. The first one is to implement geomatic tools to obtain an overall and homogeneous characterisation of the physical network. We propose to develop a methodology to extract information. Second, these tools and methodology will be tested and applied to the Rhône River system to evaluate their effectiveness and to provide reliable evidence for the characterization of large-scale physical conditions.

L’estuaire de la Gironde est affecté par une pollution polymétallique historique, dont la contamination persistante en cadmium (Cd) empêche une reprise complète et le développement de la conchyliculture girondine, avec un risque potentiel pour le 1er site ostréicole français (Marennes-Oléron). D’autre part, le suivi de l’état de la qualité chimique des masses d’eau, mis en place par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) a déclassé en 2009 la masse d’eau « Gironde centrale » à cause de niveaux élevés en tributylétain (TBT), hautement toxique et interdit depuis plusieurs décennies, détecté dans l’estuaire de la Gironde.Ce travail se base sur 12 campagnes océanographiques comprenant un suivi temporel mensuel pendant l’année 2015 aux sites de surveillance DCE (PK52 et PK86), à PK 30 et 3 profils longitudinaux sur l’ensemble du gradient salin depuis Bordeaux jusqu’à l’embouchure. Les mesures in-situ et les échantillons visaient à caractériser l’état actuel de la qualité des eaux girondines pour Cd et butyl-étains dans le contexte historique de décontamination et de résilience du système fluvio-estuarien. Les résultats ont montré les plus faibles additions en Cd dissous (Cdd) dans le gradient salin depuis 2002, pour des conditions hydriques contrastées. Le développement de plusieurs méthodes de calcul a permis de montrer une diminution des flux nets de Cdd au cours des 30 dernières années d’un facteur ~10. Les concentrations en Cd particulaire (Cdp) présentent des valeurs de l’ordre de 0,45 ± 0,07 mg/kg ces 10 dernières années. Cette valeur est supérieure au bruit de fond géochimique de l’estuaire salin (0,2 mg/kg) suggérant la persistance d’un potentiel de contamination de la zone côtière par désorption. Des mesures ADCP à l’embouchure de l’estuaire couplées à des analyses géochimiques ont permis d’estimer quantitativement les flux nets en matières en suspension (MES) et Cdp pour des conditions hydrologiques extrêmes. La prise en compte de l’ensemble de résultats scientifiques (mesures et modélisation hydrosédimentaire) antérieures et l’analyse des évènements de crue et des coefficients de marée depuis 1990 ont permis de proposer un modèle conceptuel d’export de MES et Cdp en zone côtière. Le suivi mensuel sur l’année 2015 montre que l’estuaire de la Gironde reste déclassé en TBT avec deux valeurs ponctuelles supérieures à la NQE-CMA et avec des moyennes annuelles supérieures à la NQE-MA pour les PK30, PK52 et PK86. Les enregistrements longitudinaux des butylétains (TBT, dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)) dans les compartiments eaux, MES et sédiments de l’ensemble de l’estuaire de la Gironde ont permis de mettre en évidence plusieurs sources potentielles actuelles localisées au niveau de Bordeaux, du Bec d’Ambès, mais surtout au niveau de la masse d’eau aval. / The Gironde Estuary is affected by historical multi-metal pollution. Persistent contamination by cadmium (Cd) prevents complete recovery of the Gironde oyster farming, and implies potential risks for the most important oyster farming areas in France (Marennes-Oléron). In addition, the water quality survey governed by the Water Framework Directive (WFD), has downgraded the "Central Gironde" water body in 2009 due to the presence of TBT, a highly toxic organo-metallic compound, on the list of priority substances and banned for several decades.This work relies on 12 oceanographic campaigns, including a monthly survey at the WFD monitoring sites (KP52 and KP86) in 2015 with additional sampling at KP30. Furthermore, 3 longitudinal profiles were carried out along the salinity gradient to characterize the current state of water quality in the Gironde Estuary for Cd and butyltin species, in a perspective of decontamination and resilience. The results showed the lowest dissolved Cd additions (Cdd) along the salinity gradient since 2002, for contrasting hydrological conditions. The development of several calculation methods has shown a decrease in net Cdd flows over the past 30 years by a factor of ~10. Particulate Cd (Cdp) concentrations were in the range of 0.45 ± 0.07 mg/kg during the past 10 years. This value is higher than the geochemical background of the saline Gironde Estuary (0.2 mg/kg) suggesting the persistence of potential contamination of the coastal zone by desorption. Physical and chemical measurements at the estuary mouth coupling ADCP with geochemical analyses have provided estimates of the suspended particulate matter (SPM) and Cdp fluxes, for extreme hydrological conditions. The set of previous scientific results (measurements and hydro-sedimentary modeling), the analysis of time-series of flood events and tidal coefficients since 1990, have been integrated into a conceptual model for the export of SPM and Cdp to the coastal zone. The 2015 monthly survey according to the WFD has produced two distinct values and annual average concentrations both exceeding the respective environmental quality thresholds showing that the Gironde Estuary remains downgraded with respect to TBT. Longitudinal records of butyltins (TBT, dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)) in water, SPM and sediment of the entire Gironde Estuary have pointed to several potential sources including urban discharges (from Bordeaux), industrial releases (Bec d’Ambès) and estuarine dredging activities (from downstream harbours).

Selon la Directive Cadre européenne sur l'Eau (DCE), le bon état écologique de tous les milieux aquatiques devra être atteint d'ici 2015. Cet état s'évalue en grande partie au moyen de paramètres biologiques, eux-mêmes régis par les conditions physico-chimiques et hydromorphologiques des masses d'eau. Pour atteindre les objectifs de la DCE, l'évaluation de l'état physique du réseau hydrographique apparaît comme une phase essentielle alors que cette question relève encore pour certains aspects de la recherche fondamentale. La mise en oeuvre de cette étape à l'échelle du bassin du Rhône entraîne un certain nombre de questions scientifiques auxquelles il est nécessaire de répondre avant d'envisager toute application. En effet, les connaissances dans les domaines de la géomorphologie ou de l'hydrologie sont aujourd'hui suffisantes à l'échelle locale pour envisager de régionaliser ce type d'informations. Cependant le changement d'échelle est à l'origine de contraintes méthodologiques importantes liées notamment à la très grande hétérogénéité des milieux à caractériser.L'objectif de cette thèse est donc double. D'une part, il s'agit de mettre en place des outils géomatiques permettant d'obtenir une vision globale et homogène des caractéristiques physiques du réseau hydrographique. Pour cela, nous proposons (i) de développer une méthodologie d'extraction de l'information à partir de données vectorielles ou rasters, et (ii) de définir des indicateurs pertinents de caractérisation hydrogéomorphologique. D'autre part, ces outils et cette méthode ont été testés et appliqués sur le réseau hydrographique du Rhône afin d'évaluer leur efficacité et de proposer des éléments fiables de caractérisation des conditions physiques à large échelle.

Les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du zooplancton du bassin versant de l'Escaut ont été étudiées en relation avec les conditions environnementales présentées dans les cours d'eau. L'Escaut est un fleuve long de plus de 350km répartis entre la France, la Belgique et les Pays-Bas. Son bassin versant draine un territoire soumis à de nombreuses pressions d'origine anthropique industrielle, agricole et domestique. Par conséquent, d'après l'évaluation de la Directive Cadre sur l'Eau, l'état écologique des cours d'eau est jugé plutôt insatisfaisant. Les précédentes études sur le zooplancton de l'Escaut ayant porté principalement sur les tronçons estuariens du fleuve, les communautés zooplanctoniques des cours d'eau de l'amont du bassin versant, dans la zone transfrontalière entre la France et la Belgique étaient jusqu'alors non documentées à notre connaissance. De la source à l'embouchure de l'Escaut, 4 grandes zones fonctionnelles ont pu être identifiées présentant différentes conditions d'habitat pour le zooplancton, définies principalement par le gradient de salinité et l'influence de la marée. A l'échelle de la partie non estuarienne du bassin versant, la variabilité spatiale et temporelle du zooplancton a été explorée, en relation avec les conditions environnementales. La distribution du zooplancton a montré une forte hétérogénéité, induisant une faible prédictibilité dans au regard de l'état écologique (DCE), des conditions environnementales et des profils de contamination des sites (en considérant une gamme de polluants organiques persistants et métaux traces caractéristiques de la zone d'étude). En revanche, un rôle trophique important a pu être mis en évidence, avec une sélectivité trophique de la fraction zooplanctonique 50 -250 µm envers les groupes algaux, en particulier les Chlorophytes, et un broutage suggéré sur les cyanobactéries. / Structural and functional characteristics of the Scheldt basin zooplankton have been studied in relation with environmental conditions presented in watercourses. The Scheldt runs for 350 km from Northern France to the Netherlands, crossing Belgium. Its basin drains an area subject to multiple pollutions originating from industrial, agricultural and domestic activities. As a consequence, ecological states of watercourses are unsatisfactory according to the Water Framework Directive (WFD) evaluation. So far, studies on Scheldt zooplankton have focused on estuarine reaches, and the upstream basin's communities were scarcely documented. From source to mouth of the Scheldt, 4 functional zones have been identified presenting different habitat conditions for zooplankton, defined mainly by salinity gradient and tidal influence. At the scale of the non-tidal watershed, spatial and temporal variability of zooplankton communities have been explored, in relation with environmental conditions. Zooplankton distribution showed a strong heterogeneity, inducing little predictability concerning ecological status (WFD), environmental conditions, and contamination patterns of sites (considering a set of persistent organic pollutants and trace metals characteristics of the study area). However, an important trophic role has been highlighted. The zooplankton community between 50-250 µm showed a selective feeding on some algal groups, particularly on chlorophytes, and and the results suggest a grazing activity on cyanobacteria.

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE / The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

L'activité agricole est, depuis toujours, une source de pollution pour l'eau. Ce lien s'est intensifié avec la mise en place d'une Politique agricole commune à l'échelle de l'Union européenne. En effet la Politique agricole commune s'est construite sur le productivisme en optimisant le rendement des terres, notamment par l'utilisation d'intrants chimiques et naturels, ce qui fut particulièrement préjudiciable pour la ressource hydrique.Cependant, un certain nombre de réformes ainsi qu'une législation et une fiscalité spécifiques se sont érigées dans le but de limiter les effets néfastes de l'agriculture sur la ressource hydrique ; or ces instruments juridiques et institutionnels se sont avérés peu efficaces. Dès lors, les pouvoirs publics se sont employés à responsabiliser les auteurs de telles pollutions à travers un régime de responsabilité approprié. En dépit de ces efforts, le caractère diffus de la pollution de l'eau a constitué un obstacle majeur à l'application d'un tel régime aux pollutions d'origine agricole.Aussi, les pouvoirs publics n'ont d'autre choix que celui de se tourner vers des instruments juridiques plus souples qui permettent d'associer le pollueur aux différentes mesures de lutte contre la pollution de l'eau, notamment à travers la participation et la contractualisation. / Farming has always been a source of pollution for water. This link has been reinforced by establishing a common Agricultural control Policy in the EU. In fact the common Agricultural Policy is based on productivisme optiminzing the yield of land by using manure as well as fertilizers, polluting water to a High degree.However some reforms and a specific tax legislation have been created in order to reduce harmful effects on agriculture and on water ressources unfurtunately these legal and institutionnal instruments have proved ineffective.Therefore governements have sought to make farmers aware of there responsabilities with regards to pollution. Despite these efforts, the diffuse nature of water pollution has been obstacle to the implementation of such a regime agricultural pollution.Consequently goverments have no choice but to turn to more flexible instruments that allow polluters to be associated to the various mesasures taken to avoid the pollution of water, particurly by getting polluters involved in the procès and making them signe contracts.