En zone méditerranéenne, d’intenses précipitations automnales sont responsables de crues particulièrement violentes : les crues « éclair ». L’intensité et la variabilité des précipitations ainsi que la complexité des processus hydrologiques responsables de la production des écoulements sur ces bassins limitent la prédictibilité de ces phénomènes. Une meilleure compréhension des processus impliqués dans les réponses hydrologiques des bassins versants et responsables de la variabilité spatio-temporelle des chemins de l’eau peut permettre d’améliorer les modélisations de ce type d’évènement. S’insérant dans le cadre de l’hydrologie spatialisée, cette thèse se propose d'étudier l'apport des potentialités satellitales, et notamment des produits 3D à très haute résolution pour la caractérisation spatiale des bassins et de leurs réseaux hydrographiques, afin d’étudier les origines géomorphologiques des variations spatio-temporelles des réponses hydrologiques et en vue d’améliorer la compréhension des mécanismes responsables des épisodes de crue. Pour cela, ce travail s’articule autour de deux axes. Le premier consiste à caractériser, à partir de données spatiales, le drain « potentiel » représentant le réseau géomorphologique sec formé par la suite continue des lignes de thalweg des bassins. Un algorithme original utilisant une structure de MNT sous forme triangulaire (TIN) a été développé spécifiquement dans ce but, afin d’obtenir un tracé des réseaux fidèle à leur tracé réel et de fournir des éléments sur leur géomorphologie ainsi que sur celle des bassins. Le deuxième axe concerne l’étude de la dynamique drain en eau ou « réel ». Il s’agit d’améliorer la compréhension des dynamiques spatiales de mise en eau des drains à travers différents épisodes de crue. Dans ce cadre, un réseau spatialisé de capteurs légers a été distribué sur deux bassins expérimentaux (< 1Km²) situés sur le Gardon d’Anduze afin de suivre les variations spatio-temporelles des dynamiques hydrologiques au sein des réseaux en eau. La confrontation des caractéristiques géomorphologiques et des réponses hydrologiques observées a permis de confirmer la prédominance des écoulements sub-surfaciques sur les bassins étudiés, de mettre en évidence deux types de réseaux aux fonctionnements différenciés (le réseau principal et le réseau secondaire), l’importante influence des pentes et de leur changement sur l’initiation et la pérennité des écoulements au sein des réseaux, et de proposer des hypothèses de fonctionnements différenciés en fonction des épisodes. / In Mediterranean areas, heavy rainfalls can generate flash floods during fall season. The rainfall intensities and their high spatial variability combined with complex processes of run-off generation reduce drastically the predictability of these phenomena. Although rainfall intensities monitoring techniques are progressing, another way to better understand and predict the hydrological responses of the catchments is to better understand the hydrological processes underlying the spatial and temporal variability of water pathways on upstream elementary catchments where concentrated flows begin. In the framework of spatial hydrology, this PhD proposes to study the potentialities of remote sensing, in particular the emergent high spatial resolution 3D products, to characterize catchments drainage elementary networks in order to relate some derivated geomorphologic traits to the observed hydrological responses all over catchments. This permits to identify the involved hydrological processes during flow dynamics on upstream mountainous catchments. This work is organized in two axes. The first one consists in characterizing, from 3D satellite data, the “potential” drain corresponding to the dry morphological network of a basin, formed by the continuum of thalweg lines within a catchment. An original algorithm, based on a TIN DEM structure, has been specifically designed for this purpose. This algorithm allows the delineation of thalwegs networks and provides geomorphological traits of catchments and networks. The second axe concern the study of the spatial dynamic of the “real” drain, which is the drain with effective flow. The goal is to enhance the understanding of flow networks spatial dynamics during rainfall events. A specific sensor network has been specially distributed on two experimental sub-catchments of the Gardon d’Anduze watershed in order to monitor the spatio-temporal variations of flow and network dynamics. The relationship between computed geomorphologic features and observed hydrological responses along networks tends to confirm the prevalence of sub-surface flows on the studied catchments. This exhibits two types of hydrographic networks, showing two distinct hydrological behaviors (the principal and secondary networks). Results also show the great influence of slopes and their variations on flow initiation and durability, and to propose hypothesis of hydrological mechanisms, in function of the observed events.

En zone méditerranéenne, d'intenses précipitations automnales sont responsables de crues particulièrement violentes : les crues " éclair ". L'intensité et la variabilité des précipitations ainsi que la complexité des processus hydrologiques responsables de la production des écoulements sur ces bassins limitent la prédictibilité de ces phénomènes. Une meilleure compréhension des processus impliqués dans les réponses hydrologiques des bassins versants et responsables de la variabilité spatio-temporelle des chemins de l'eau peut permettre d'améliorer les modélisations de ce type d'évènement. S'insérant dans le cadre de l'hydrologie spatialisée, cette thèse se propose d'étudier l'apport des potentialités satellitales, et notamment des produits 3D à très haute résolution pour la caractérisation spatiale des bassins et de leurs réseaux hydrographiques, afin d'étudier les origines géomorphologiques des variations spatio-temporelles des réponses hydrologiques et en vue d'améliorer la compréhension des mécanismes responsables des épisodes de crue. Pour cela, ce travail s'articule autour de deux axes. Le premier consiste à caractériser, à partir de données spatiales, le drain " potentiel " représentant le réseau géomorphologique sec formé par la suite continue des lignes de thalweg des bassins. Un algorithme original utilisant une structure de MNT sous forme triangulaire (TIN) a été développé spécifiquement dans ce but, afin d'obtenir un tracé des réseaux fidèle à leur tracé réel et de fournir des éléments sur leur géomorphologie ainsi que sur celle des bassins. Le deuxième axe concerne l'étude de la dynamique drain en eau ou " réel ". Il s'agit d'améliorer la compréhension des dynamiques spatiales de mise en eau des drains à travers différents épisodes de crue. Dans ce cadre, un réseau spatialisé de capteurs légers a été distribué sur deux bassins expérimentaux (< 1Km²) situés sur le Gardon d'Anduze afin de suivre les variations spatio-temporelles des dynamiques hydrologiques au sein des réseaux en eau. La confrontation des caractéristiques géomorphologiques et des réponses hydrologiques observées a permis de confirmer la prédominance des écoulements sub-surfaciques sur les bassins étudiés, de mettre en évidence deux types de réseaux aux fonctionnements différenciés (le réseau principal et le réseau secondaire), l'importante influence des pentes et de leur changement sur l'initiation et la pérennité des écoulements au sein des réseaux, et de proposer des hypothèses de fonctionnements différenciés en fonction des épisodes.

Pour développer des biomarqueurs permettant d'estimer l'état de santé des animaux et de prévoir les effets des contaminants sur les niveaux d'organisation biologique supérieurs, le métabolisme énergétique apparaît comme un candidat de choix. En effet, il participe à la mise en place de grandes fonctions comme par exemple la reproduction ou la croissance. L'altération des processus d'allocation énergétique par la contamination peut avoir des conséquences sur le devenir des individus et de leurs populations. L'objectif de ce travail est d'analyser en laboratoire les impacts potentiels de xénobiotiques (cuivre et éthofumésate) sur le métabolisme énergétique d'un cyprinidé, le gardon Rutilus rutilus, à travers l'étude des processus participant à la formation d'énergie cellulaire(ATP). L'effet des xénobiotiques sur l'état de santé général des juvéniles de gardons a d'abord été appréhendé, et peu d'impacts ont pu être observés sur les indices généraux mesurés. L'effet des contaminants sur la formation aérobie et anaérobie de l'énergie (glycolyse, ses substrats et produits) a ensuite été évalué. Si des différences d'effet des deux contaminants ont été observées au niveau moléculaire, ils ont tous deux induit une augmentation du métabolisme anaérobie au niveau biochimique. Enfin, l'impact des contaminants sur les fonctions mitochondriales a été appréhendé.Des atteintes ont été observées au niveau de la chaîne respiratoire et des ultra-structures des mitochondries, impliquant un effet sur l'énergie cellulaire disponible. Ce travail constitue la base du développement de nouveaux marqueurs précoces de troubles physiologiques des organismes utilisables en biosurveillance. / The energy metabolism constitutes an appropriate approach for the development of biomarkers allowing to estimate the health status of animals and to predict the effects of contaminants on higher levels of biological organization. Indeed, it participates in the establishment of key functions such as reproduction or growth. Alterations of energy allocation process by the contamination can affect the fate of individuals and populations. The aim of this study was to determine in laboratory the potentials effects of chemicals (copper and ethofumaste) on energy metabolism of a cyprinid species, the roach Rutilus rutilus, through the study of processes involved in the synthesis of cellular energy (ATP). The effect of chemicals was first performed on general health status of juvenile roach, and few impacts were found on general indexes measured. Secondly, the study of aerobic and anaerobic energy production (glycolysis, substrates and products) was performed. Significant differences were observed at the molecular regulation level, depending on chemicals. However, at the biochemical level, an increase in anaerobic metabolism was observed with both contaminants. Finally, the effects of contaminants on mitochondrial functions were assessed. Mitochondrial alterations were observed either in the respiratory chain and in the ultra-structure of mitochondria;these results involved an effect on the availability of cellular energy. This work constitutes the basis for the development of new early markers of physiological disorders in organisms used in biomonitoring studies.

Les bassins versants du pourtour méditerranéen français sont touchés par des pluies parfois intenses et à fort cumuls, qui peuvent engendrer des crues à cinétique rapide. Les derniers exemples majeurs en date sont ceux de l’Aude en 1999, du Gard en 2002 et du Var en 2010, dont les conséquences furent dramatiques. Ces travaux de thèse visent à évaluer une approche de modélisation complémentaire aux outils dont disposent déjà les Services de Prévision des Crues pour la prévision des crues à cinétique rapide : le couplage de modèles hydrologique et hydraulique, qui est a priori adapté pour la modélisation à l’échelle des grands bassins méditerranéens, de superficies supérieures à 1 000 km² (Ardèche, Cèze, Gardon, Vidourle…). Des éléments de réponses aux 4 questions suivantes sont recherchés : 1) le couplage est-il adapté pour la modélisation des débits atteints lors d’évènements passés, d’importance intermédiaire ? 2) le couplage est-il performant pour la modélisation des débits, cotes atteintes, et extension d’inondation, observés lors d’un épisode majeur? 3) comment envisager d’améliorer la modélisation des apports latéraux non-jaugés au modèle hydraulique, tout en adoptant une démarche adaptée à la prévision ? 4) le couplage est-il performant en prévision ? Le couplage employé combine le modèle hydrologique SCS-LR de la plateforme ATHYS (Bouvier et al., 2004), et le code de modélisation hydraulique 1D MASCARET (EDF-CETMEF, 2011). Il est appliqué au bassin versant du Gardon (2 040 km²), dans le sud de la France. / The French catchments around the Mediterranean Sea are affected by intense rains, which can cause fast and flash floods. The last major events are the one of the Aude river in 1999, of the Gard area in 2002, and of the Var area in 2010, whose consequences were tragic. This PhD intends to assess a modeling strategy complementary to the tools that are already used by the regional flood warning services: the coupling of hydrologic and hydraulic models, which is a priori well-adapted for the modelling of catchments of large-scale areas (larger than 1 000 km²) around the Mediterranean Sea (such as the ones of the Ardèche river, the Cèze river, the Vidourle river, the Gardon river…). The works aim at bringing elements of responses to the following questions: 1) is the coupling adapted to the modelling of floods hydrographs of past events of moderate importance? 2) in case of an extreme event (like in September 2002), is the coupling effective for the modelling of discharges, of water levels, and of flood extension? 3) how can we improve the modelling of ungauged lateral inflows to the hydraulic model, while applying a method adapted to forecasting? 4) Is the coupling efficient at forecasting? The coupling used combines the SCS-LR hydrologic model of the ATHYS platform (Bouvier et al., 2004), and the MASCARET 1D hydraulic model (EDF-CETMEF, 2011). It is applied to the Gardon river basin (2 040 km²), in the South of France.

L’objectif de ce travail de thèse est d’évaluer le degré de contamination des différents compartiments du site de la décharge d’Étueffont à savoir : les lixiviats, les sédiments, l’eau souterraine, les poissons, les insectes et les microorganismes de la décharge d’Étueffont. Ce travail de recherche est structuré en neuf chapitres.Après une première partie (Part I) consacrée à une étude bibliographique, le deuxième chapitre (Part II) présente le site d’étude, c’est-à-dire l’installation de stockage de déchets non dangereux(ISDND) d’Étueffont. La troisième partie (Part III) est consacrée à l’analyse de la qualité des lixiviats dans les lagunes, les unités de stockage des déchets « Nouveau casier », « Sous casier », « Ancienne décharge », les ruisseaux du gros Pré et Mont Bonnet. La quatrième partie (Part IV) intitulée « Contamination métallique des sédiments du site de la décharge d’Étueffont », aborde l’étude de la variation spatiotemporelle des éléments traces métalliques au niveau des lixiviats et des sédiments dans les quatre lagunes du site de la décharge d’Étueffont. Afin de déterminer le degré de contamination métallique des lixiviats et des sédiments, nous avons procédé à un suivi de certains éléments localisés en amont, au milieu et en aval de chaque lagune avec un pas d’échantillonnage trimestriel entre octobre 2013 et avril 2016. La cinquième partie (Part V), complémentaire du chapitre précédent, définit plus précisément la distribution spatiale du panache à travers l’analyse de la qualité de l’eau souterraine au moyen de piézomètres. La sixième partie (Part VI) concerne les effets des métaux lourds sur les échanges gazeux et la fluorescence des chlorophylles chez (Typha latifolia). Le septième chapitre (Part VII) est consacré à l’étude des microorganismes de la décharge d’Etueffont : apport de la cytométrie en flux. Dans le huitième chapitre (Part VIII), nous aborderons l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques dans le Chironome Chironomus riparius. La dernière partie (Part IX) intitulée « Étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau des différents organes du gardon Rutilus rutilus», aborde l’étude de la bioaccumulation des éléments traces métalliques au niveau de différents organes (muscle, foie, arêtes et branchies). / The objective of this thesis work is to estimate the contamination level in the various compartments of the Étueffont discharge site namely: leachates, sediments, groundwater, fishes and insects. The microorganisms (< 10 µm) of the Étueffont discharge of were investigated at the single cell level by flow cytometry. This research work is structured in nine chapters.The first part (Part I), is dedicated to a literature review. Part II presents the study site, the storage of non-hazardous waste (ISDND) at Étueffont. Part III is dedicated to the analysis of leachate quality in lagoons, NC, SC, AD, MB and GP. Part IV addresses "Metal Sediment Contamination of Étueffont discharge site" It concerns the study of spatial and temporal variation of trace metals in leachate and sediment in the four lagoons landfill site of Étueffont. To determine the metal contamination level in leachate and sediment, we conducted follow-elements located upstream, middle and downstream in each lagoon with quarterly sampling between October 2013 and April 2016. Part V complements the previous chapter, by specifically defining the spatial distribution of the plume through the quality analysis of the piezometer groundwater. Part VI addresses the heavy metals impacts on gas exchange and chlorophyll fluorescence in (Typha latifolia). Part VII is dedicated to the microorganisms (<10 µm) investigation in the Étueffont discharge: by using flow cytometry. In the (Part VIII), we addressed the study of bioaccumulation of trace metallic elements (Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Cd and Pb) in insect Chironomus riparius. Part IX entitled "Study bioaccumulation of trace metals in the various organs of roach Rutilus rutilus" concerns bioaccumulation of trace metals in different organs (muscle, liver, bones and gills) of this fish.