Le but de la thèse est de quantifier le lien entre la contamination nitrique du système hydrologique et les activités agricoles pratiquées au cours des trois dernières décennies sur le bassin de la Seine.<br />A partir de trois modèles existants (agronomique, hydrologique et hydrogéologique), un modèle intégré a été développé pour simuler, à l'échelle régionale, le transfert de nitrate des sols jusqu'aux eaux de surface, via le domaine souterrain.<br />Plusieurs développement conceptuels ont été necessaires : (i) une procédure de régionalisation du modèle agronomique a été mise au point, (ii) deux modèles ont été développés pour simuler le transfert dans le domaine souterrain.<br />Pour la première fois, un outil couvrant l'ensemble des processus de circulation de l'azote dans un grand bassin versant est ainsi mis en place.<br />Le dernier volet de ce travail concerne la réalisation de simulations exploratoires et une estimation de la dynamique du transfert des nitrates.

La modélisation des aérosols constitue un enjeu majeur dans la compréhension des processus d'émissions et d'évolution des particules dans l'atmosphère. Cependant les paramétrisations utilisées dans les modèles d'aérosols actuels comportent encore de nombreuses incertitudes. Ce travail de thèse a ainsi été motivé à la fois par ce besoin de mieux connaître les faiblesses des outils de modélisation des aérosols et la nécessité de disposer de nouvelles méthodes de validation pour permettre une évaluation tridimensionnelle des modèles. Les études ont été conduites à l'aide du modèle de chimie-transport CHIMERE, qui permet de simuler les concentrations et les caractéristiques physico-chimiques des aérosols de pollution à l'échelle européenne et en Ile-de-Fran! ce. L'approche de validation utilisée est basée sur la complémentarité des mesures réalisées au sol par les réseaux de surveillance, de celles acquises durant la campagne ESQUIF (Étude et Simulation de la QUalité de l'air en Ile de France), des mesures lidar et photométriques et des observations satellitaires. La confrontation entre les observations et les simulations a permis d'une part l'identification et la réduction des erreurs de modélisation, et d'autre part la caractérisation des propriétés des aérosols au voisinage d'une agglomération urbaine.

Les injections de CO2 à l'échelle industrielle, dans les aquifères salins profonds, vont affecter le système naturel en induisant des perturbations des gradients de pression à court et à moyen terme.Des études prévisionnelles sont nécessaires pour évaluer les risques de contamination (fuites de CO2, déplacement des fluides natifs) et les risques d'interférences entre projets d'injection ou entre utilisations du sous-sol.Les aquifères salins étant généralement peu caractérisés, les incertitudes géologiques sont à considérer lors de l'étude de faisabilité du stockage et des risques associés puisque les paramètres géologiques influencent la réponse du système à l'injection.Nous nous sommes intéressés aux incertitudes résultantes en termes de prévisions de perturbations de pression et de migration de CO2 et à leurs conséquences sur la faisabilité des projets de stockage.Dans un premier temps, les incertitudes de modélisation (changement d'échelle, résolution de la variabilité spatiale des propriétés pétrophysiques) et géologiques (propriétés pétrophysiques de la formation d'injection et de la couverture) ont été étudiées sur des modèles 2D conceptuels. L'objectif étant de balayer les champ d'incertitudes pour des modèles peu coûteux en temps de calcul, pour ensuite, réduire les évaluations à effectuer dans le cadre de la modélisation 3D régionale du système souterrain et y appliquer des méthodes simplifiées, validées en deux dimensions.Des centaines de réalisations stochastiques sont utilisées pour évaluer l'influence de la variabilité spatiale de la perméabilité. Pour limiter le nombre de simulations d'écoulement à effectuer, des méthodes de sélection de réalisations, à partir de "proxy-response" (i.e. approximation de la réponse par une méthode de calcul simplifiée) ont été testées et validées.Ensuite, les modèles 3D sont construits à partir des données d'un modèle hydrogéologique du bassin parisien. Différents scénarios d'injection sont envisagés. La sensibilité de la réponse est étudiée principalement par rapport à la variabilité spatiale de la perméabilité et à la compressibilité des pores. Cette dernière étape permet de mieux appréhender les risques d'interférences en fonction des incertitudes majeures, d'une part des paramètres géologiques, et d'autre part des paramètres physiques liés à l'injection.

Les injections de CO2 à l'échelle industrielle, dans les aquifères salins profonds, vont affecter le système naturel en induisant des perturbations des gradients de pression à court et à moyen terme.Des études prévisionnelles sont nécessaires pour évaluer les risques de contamination (fuites de CO2, déplacement des fluides natifs) et les risques d'interférences entre projets d'injection ou entre utilisations du sous-sol.Les aquifères salins étant généralement peu caractérisés, les incertitudes géologiques sont à considérer lors de l'étude de faisabilité du stockage et des risques associés puisque les paramètres géologiques influencent la réponse du système à l'injection.Nous nous sommes intéressés aux incertitudes résultantes en termes de prévisions de perturbations de pression et de migration de CO2 et à leurs conséquences sur la faisabilité des projets de stockage.Dans un premier temps, les incertitudes de modélisation (changement d'échelle, résolution de la variabilité spatiale des propriétés pétrophysiques) et géologiques (propriétés pétrophysiques de la formation d'injection et de la couverture) ont été étudiées sur des modèles 2D conceptuels. L'objectif étant de balayer les champ d'incertitudes pour des modèles peu coûteux en temps de calcul, pour ensuite, réduire les évaluations à effectuer dans le cadre de la modélisation 3D régionale du système souterrain et y appliquer des méthodes simplifiées, validées en deux dimensions.Des centaines de réalisations stochastiques sont utilisées pour évaluer l'influence de la variabilité spatiale de la perméabilité. Pour limiter le nombre de simulations d'écoulement à effectuer, des méthodes de sélection de réalisations, à partir de "proxy-response" (i.e. approximation de la réponse par une méthode de calcul simplifiée) ont été testées et validées.Ensuite, les modèles 3D sont construits à partir des données d'un modèle hydrogéologique du bassin parisien. Différents scénarios d'injection sont envisagés. La sensibilité de la réponse est étudiée principalement par rapport à la variabilité spatiale de la perméabilité et à la compressibilité des pores. Cette dernière étape permet de mieux appréhender les risques d'interférences en fonction des incertitudes majeures, d'une part des paramètres géologiques, et d'autre part des paramètres physiques liés à l'injection. / This thesis studies the regional-scale response of an aquifer system to a massive CO$_2$ injection. Industrial-scale CO$_2$ injections into deep saline aquifers affect natural groundwater systems by generating short-term to medium-term pressure gradient perturbations. To evaluate contamination risks and interference risks between injection projects or other uses of underground space, modelling studies become necessary. The geological parameters of underground formations are also to be taken into consideration as they certainly influence the injection reponse. But, saline aquifers are generally poorly-characterized which adds uncertainties to an already complex system. This thesis aims to explore uncertainties in pressure perturbations and CO$_2$ migration predictions, and their consequences in terms of CO$_2$ storage feasibility studies. Firstly, modelling and geological uncertainties have been tested on 2D conceptual models. This step, based on simpler models than 3D ones, allows a fast uncertainties discrimination and save computational time. Hundreds of stochastic realizations are generated to define the influence of permeability spatial variability. To limit the number of flow simulations, selection procedures of realizations are applied and tested. Selections are derived from fast-calculations methods called "`proxy-response"'. Secondly, once these methods have been 2D tested and validated, and once a number of uncertainties have been eliminated, these methods and related ones are applied to the underground system 3D modelling. The 3D models have been built based on available data from an existing Paris Basin hydrogeological model. Several injection scenarios have been considered and tested. Permeability spatial variability and pore compressibility are the two main parameters chosen to evaluate the injection response. This last step allows a better definition of interference risks between the major uncertainties from geological parameters and injection-related physical parameters.

Le paysage des rivières en tresses est constitué d’une riche mosaïque d’habitats diversifiés, déterminée par un ensemble de facteurs biophysiques qui interagissent à différentes échelles spatiales et temporelles.A partir d’une sélection de 53 tronçons en tresses, nous avons réalisé une analyse comparative à l’échelle régionale du bassin du Rhône et en fonction de plusieurs échelles temporelles, en mobilisant les techniques de télédétection.Premièrement, nous avons étudié la variabilité de la structure des habitats aquatiques et du patron des chenaux. Nous montrons que le patron de tressage et des habitats aquatiques n’est pas uniquement lié au débit, mais aussi aux conditions locales liées aux apports sédimentaires et à la présence de la nappe phréatique.Deuxièmement, nous avons abordé une approche diachronique afin de comprendre l’évolution à moyen terme du paysage fluvial de ces tronçons, depuis la moitié du siècle dernier. Les résultats montrent que toutes les tresses du bassin rhodanien ne sont pas déliquescentes et que certains tronçons sont encore très actifs. Cela dépend d’un ensemble de facteurs : la position géographique du tronçon, son évolution à court terme liée aux épisodes de crues et l’histoire des conditions anthropiques environnantes.Enfin nous avons analysé les trajectoires évolutives suivies par un sous-ensemble de 12 sites, analysés à une échelle temporelle plus fine (5 observations par site sur 50 ans). Nous observons que les tronçons suivent des trajectoires différentes, en fonction des conditions hydrologiques observables à un moment donnée (ex. crues), de la position géographique du tronçon et du contexte anthropique. De plus, certaines conditions locales (topographie et humidité relative) semblent aussi nécessaire à la compréhension du patron biogéomorphologique des tronçons étudiés.A partir de ces résultats des éléments de perspectives pour une gestion intégrée des rivières en tresses du district rhodanien sont proposés. / The landscape of the braided rivers is characterised by a rich and diversified mosaic of habitats. The variability of the braided riverscape depends upon the combination of bio-physical factors, which interact at the different spatial and temporal scales.We did a comparative analysis at the regional scale of 53 braided reaches selected in the Rhône basin district. We used a remote sensing-based approach.At first, we analysed the aquatic habitat and the river channel pattern. We showed that the braiding and aquatic habitat patterns do not depend only on the flow regime but also on some local scale conditions, such us the sediment regime and the presence of the “near-floor” groundwater.Secondly, we moved on the overall riverscape corridor, and we applied a diachronic analysis comparing the present state of reaches with their state at the mid of the last century. The results show that not all studied braided reaches are narrower today compared to the 1950s and that some reaches are even wider. It is linked to a combination of several factors, such as the geographical position of a reach in its catchment and the short-term evolution ruled by recent large floods, as well as the history of the catchment linked to human settlements.Then we focused on the evolutionary trajectories followed by a sub-set of 12 braided reaches through time, and we increased the temporal resolution, for a total of five dates per reach. The results show that reaches follow different trajectories depending on: the hydrological conditions at a given period (e.g. floods), the geographical position of a reach at the regional scale and the anthropic context. Additionally, it seems that also local conditions (in terms of topography, sedimentation, and soil moisture), play an important role in determining the biogeomorphological pattern of the studied reaches.From these results, we discussed some perspectives for the braided river management in the Rhône basin district.