Ce travail de thèse propose une méthodologie d'instrumentation reposant sur plusieurs outils hydrologiques, géophysiques et géochimiques afin de quantifier l'apport nival dans les débits du Lignon. Cette instrumentation consiste en un suivi des échanges aux différents compartiments/interfaces hydrologiques que forment l'atmosphère, la neige, le sol et les cours d'eau au cours des saisons. La neige, et surtout l'équivalent en eau liquide qu'elle représente, est fondamentale pour la compréhension du fonctionnement des sources du Lignon, situées à l'aval direct d'une congère de grand volume. Ce volume d'eau est stocké durant la saison froide pour être restitué lors de la fonte printanière. Cette restitution est loin d'être homogène dans le Haut Lignon, en raison de la forte variabilité spatio-temporelle des paramètres qui la pilotent.L'infiltration de l'eau alors produite est une étape clef dans le comportement hydrologique du Lignon au printemps. La structure du sol à proximité des sources explique également la forte dépendance des sources du Lignon par rapport aux précipitations neigeuses. Cette dépendance est particulièrement visible lors de la fonte de la neige, qui modifie à très court terme les débits aux sources. Cette relation neige-pluie-débit met en évidence une alimentation superficielle pluvio-neigeuse prépondérante par rapport aux débits issus d'eau plus profonde, mais variable au cours de l'année.La méthode d'instrumentation employée, adaptée à l'hydrologie locale employée, permet de corroborer les résultats obtenus avec une précision appréciable, tout en ouvrant de nouvelles perspectives d'application à d'autres bassins versants d'altitude.

Les ressources en eau du Liban sont soumises à une pression croissante due au développement économique, à la croissance démographique, à la gestion non-durable des ressources en eau et au changement climatique. Les montagnes du Mont et Anti-Liban sont des châteaux d'eau naturels pour le Liban car elles augmentent les précipitations par le soulèvement orographique des masses d'air. En raison de l'influence du climat méditerranéen, la plupart des précipitations au-dessus de 1200 m a.s.l. tombe sous la forme de neige en hiver. Par conséquent, la fonte des neiges contribue de façon importante au bilan hydrique national. En particulier, la fonte des neiges du Mont-Liban alimente les réseaux d'eau souterraine karstiques, qui fournissent des ressources en eau essentielle pour la région côtière. Malgré l'importance du manteau neigeux au Liban, sa variabilité spatiale et temporelle est insuffisament observée si bien que sa contribution au débit des fleuve et des sources reste méconnue. L'objectif de ce travail est de réduire ce manque de connaissance en utilisant des mesures in situ, des observations satellite et de la modélisation du manteau neigeux. 1. Nous présentons d'abord une revue de la littérature sur les processus nivo- hydrologiques dans les régions montagneuses méditerranéennes. De nombreuses études - principalement aux Etats-Unis de l'Ouest et dans les montagnes au sud de l'Europe - soulignent l'impact fort de la variabilité interannuelle du climat méditerranéen sur la dynamique du manteau neigeux. Le rayonnement solaire élevé est un facteur important du bilan énergétique du manteau neigeux, mais la contribution des flux de chaleur est plus forte à la fin de la saison nivale. La sublimation de la neige et la densification rapide sont des processus importants dans ce contexte. Les approches hybrides combinant des données de stations météorologiques et la télédétection optique de la surface enneigée à travers la modélisation sont recommandées pour compenser l'absence d'observations spatialisées du forçage météorologique. 2. Ensuite, nous présentons un ensemble original de données sur le manteau neigeux au Mont-Liban pour la période 2013-2016. Nous avons recueilli des observations sur le terrain de la hauteur de neige (HS), de l'équivalent en eau de neige (SWE) et de la densité de neige entre 1300 et 2900 m d'altitude sur le flanc occidental du Mont-Liban. De plus, des données météorologiques continues ont été acquises par trois stations météorologiques automatiques situées dans la partie enneigée du Mont-Liban. Le produit MODIS a été utilisé pour calculer la superficie couverte par la neige dans trois bassins hydrographiques couverts par les observations in situ. Nous remarquons la grande variabilité de HS et SWE et une densité élevée du manteau neigeux. Nous trouvons une corrélation significative entre HS et SWE qui peut être utile pour réduire la quantité de travail de terrain en vue d'un suivi opérationnel futur. 3. Grâce à ces données, nous avons mis en place un modèle distribué du manteau neigeux sur le Mont-Liban à une résolution de 100 m. Le modèle est validé à différentes échelles en utilisant les observations de SWE, densité, HS et SCA. Une simulation avec des modifications très limitées du paramétrage par défaut permet de capturer correctement la plupart des observations. Cette simulation permet donc d'estimer l'évolution du SWE et la fonte dans les trois bassins étudiés entre 2013 et 2016. Cette recherche a mis en évidence l'importance de réaliser simultanément des mesures sur le terrain et des observations météorologiques continues pour mieux appréhender les processus physiques qui contrôlent l'évolution du manteau neigeux sur le Mont-Liban. Enfin, l'influence du transport de la neige par le vent et des dépôts de poussière sur la fonte des neiges reste à évaluer en perspective de ce travail. / Lebanon's water resources are under increasing pressure due to economic development, demographic growth, unsustainable water resource management, and climate change. The Mount- and Anti-Lebanon Mountains are natural water towers for Lebanon as they play an important role in enhancing orographic precipitation. Due to the influence of the Mediterranean climate, most precipitation above 1200 m a.s.l. falls as snow during winter season. As a result, snowmelt is an important contributor to the national water balance. In particular, snowmelt from Mount-Lebanon feeds the karst groundwater systems, which provide key water resources to the coastal region. Despite the importance of the snow cover in the Lebanese mountains, the actual snowpack spatial and temporal variability and its contribution to the spring and river discharges in Lebanon remains poorly constrained. The objective of this work is to reduce this lack of knowledge using a combination of in situ measurements, remote sensing observations and modelling of the snowpack in Mount-Lebanon. 1. We first present an extensive review of the literature about the snow hydrological processes in Mediterranean-like mountain regions. Many studies - mainly from Western USA and Southern Europe mountains - emphasize the strong impact of the interannual Mediterranean climate variability on the snowpack dynamics. The high incoming solar radiation is an important driver of the snowpack energy balance, but the contribution of heat fluxes is stronger at the end of the snow season. Snow sublimation and rapid densification are important processes to consider. Hybrid approaches combining weather station data with optical remote sensing of the snow extent through modelling are recommended to tackle the lack of spatially-distributed observations of the meteorological forcing. 2. Then, we introduce an original dataset on the snow cover in Mount-Lebanon for the period 2013-2016. We collected field observations of the snow height (HS), snow water equivalent (SWE), and snow density between 1300 and 2900 m a.s.l. in the western slope of Mount-Lebanon. In addition, continuous meteorological data were acquired by three automatic weather stations located in the snow dominated region of Mount-Lebanon. The MODIS snow product was used to compute the daily snow cover area in three snow dominated basins. We find that HS and SWE have large variances and that snow density is high. The strong correlation between HS and SWE may be useful to reduce the amount of field work for future operational monitoring. 3. Using these data we set up a distributed snowpack energy balance in the Mount- Lebanon at 100 m resolution. The model is validated at different scales using the observed SWE, snow density, HS and SCA. A simulation with very limited adjustments to the default parameterization is found to correctly capture most of the observations. This simulation allows the estimation of the SWE evolution and snow melt in the three study basins between 2013 and 2016. This research highlighted the importance of conducting simultaneous field surveys and meteorological observations to gain insights into the physical processes driving snowpack evolution in Mount-Lebanon. Finally, the influence of snow erosion by wind and the influence of dust deposits on snowmelt, remains less known, and are warrant for future research.

Ce travail de thèse propose une méthodologie d’instrumentation reposant sur plusieurs outils hydrologiques, géophysiques et géochimiques afin de quantifier l’apport nival dans les débits du Lignon. Cette instrumentation consiste en un suivi des échanges aux différents compartiments/interfaces hydrologiques que forment l’atmosphère, la neige, le sol et les cours d’eau au cours des saisons. La neige, et surtout l’équivalent en eau liquide qu’elle représente, est fondamentale pour la compréhension du fonctionnement des sources du Lignon, situées à l’aval direct d’une congère de grand volume. Ce volume d’eau est stocké durant la saison froide pour être restitué lors de la fonte printanière. Cette restitution est loin d’être homogène dans le Haut Lignon, en raison de la forte variabilité spatio-temporelle des paramètres qui la pilotent.L’infiltration de l’eau alors produite est une étape clef dans le comportement hydrologique du Lignon au printemps. La structure du sol à proximité des sources explique également la forte dépendance des sources du Lignon par rapport aux précipitations neigeuses. Cette dépendance est particulièrement visible lors de la fonte de la neige, qui modifie à très court terme les débits aux sources. Cette relation neige-pluie-débit met en évidence une alimentation superficielle pluvio-neigeuse prépondérante par rapport aux débits issus d’eau plus profonde, mais variable au cours de l’année.La méthode d’instrumentation employée, adaptée à l’hydrologie locale employée, permet de corroborer les résultats obtenus avec une précision appréciable, tout en ouvrant de nouvelles perspectives d’application à d’autres bassins versants d’altitude. / This work proposes a methodology for an instrumentation based on several hydrological, geophysical and geochemical tools, to quantify the contribution of snowmelting proportions in the Lignon. This instrumentation is a monitoring of the different compartments / hydrological interfaces made up by atmosphere, snow, soil and rivers throughout the seasons.Snow, and especially the snow water equivalent, is fundamental to a better hydrological understanding of the sources of the Lignon, located directly downstream of a large snowdrift. This amount of water is stored during the cold season, to be returned during the spring melting. This return is heterogeneous in the top of the Lignon, due to the high spatial and temporal variability of parameters leading the melting.The infiltration of water therefore produced is a key step in the hydrological behavior of the Lignon during the spring time, which can be potentially more affected by the freezing of the ground, which significantly increases surface runoff.Soil structure near sources also explains the strong dependence of the sources of the Lignon towards snowfalls and rains. This dependence is especially noticeable at the snow melting that changes with very short term the flows at the sources.This snow-rainfall-runoff relationship highlights a predominant rain-snow surface supply, in comparison with the deeper water flows, and variable during the year.This instrumentation method, adapted to the local scale hydrology, allows corroborating the results obtained with a good accuracy, while opening new opportunities for application to other altitude watersheds.