Depuis la fin du XIXe siècle / le début du XXe siècle, les cours d'eau européens sont affectés par une incision et une contraction généralisées des chenaux, en réponse à l'intensification des activités humaines et à la transition climatique entre le Petit Âge Glaciaire (PAG) et le Réchauffement Global actuel (RG). Sur la Garonne, ce phénomène a été observé et décrit depuis les années 1960 dans la portion dite toulousaine (linéaire de 90 km entre les confluences de l'Ariège et du Tarn). Toutefois, peu d'études se sont intéressées à l'évolution de la dynamique fluviale à plus long terme. Cette thèse propose une reconstitution de la trajectoire d'évolution de la Garonne toulousaine sur une échelle de temps pluriséculaire. L'objectif est d'évaluer : 1) l'inscription de la tendance actuelle sur la période antérieure aux années 1950 ; 2) l'effet de la transition PAG/RG et des aménagements ponctuels de l'Epoque Moderne sur la dynamique fluviale ; 3) le mode de fonctionnement hydro-sédimentaire de la Garonne avant le XXe siècle et 4) l'existence de tendances/disparités spatiales au sein du linéaire. La démarche méthodologique mise en oeuvre repose sur la complémentarité chronologique et spatiale des données traitées, issues de l'analyse des documents cartographiques historiques et de travaux de terrain menés sur 11 paléochenaux de la Garonne. Les résultats révèlent : 1) une tendance au méandrage au cours de la phase terminale du PAG (seconde moitié du XIXe siècle), marquée par des discontinuités le long du linéaire ; 2) une réduction de la dynamique fluviale amorcée dès la fin du XIXe siècle / le début du XXe siècle dans la partie amont/médiane du linéaire, en réponse à des facteurs de contrôle multiples et 3) une réduction de la dynamique fluviale plus tardive dans la partie aval, sous l'effet d'une campagne de protection des berges. Par ailleurs, cette étude fournit des données sur la période correspondant à l'Optimum Climatique Médiéval (OM, 900-1300) et révèle une faiblesse documentaire concernant le PAG avant le XIXe siècle. / Since the end of the nineteenth century, significant morphological channel changes have been observed along European rivers. The major processes involved, channel incision and narrowing, appear as the result of increasing human activities and the transition from the Little Ice Age (LIA) to Global Warming (GW). On the Garonne River (southwestern France) this phenomenon has been observed and described since the 1960th between the Ariège and Tarn tributaries (The Toulouse Garonne, 90 km). However, very few studies have focused on a longer evolutionary period. In this study, we propose to analyze the evolutionary trajectory of the Toulouse Garonne on a plurisecular timescale. The aim of this study is to assess: 1) the evolutionary tendency before the 1950th; 2) the impact of the LIA to GW transition and former human disturbances on fluvial dynamics; 3) the hydro-sedimentary pattern of the Garonne River before the twentieth century; and 4) the presence of spatial discontinuities within the reach. The analysis is based on two types of data, which are complementary in terms of chronology and spatial cover: historical maps and field data collected on 11 palaeochannels. The results show: 1) a meandering channel in the late LIA (second half of the nineteenth century), with spatial discontinuities along the Toulouse Garonne; 2) a morphological adjustment since the late nineteenth / early twentieth centuries in the upstream and middle reaches, in response to several controls and; 3) a later adjustment in the downstream reach, in response to bank protection. Furthermore, this study provides new data on morphological channel features over the Medieval Climatic Optimum (MCO, 900-1300) and reveals that only a very few data allows to assess the channel behavior over the LIA.

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.

Flood risk assessment in urban areas necessitates the utilization of advanced modeling strategies to accurately depict inundation patterns and potential impacts on communities and infrastructure. This study investigates the impacts of varying 2D modeling strategies on flood risk assessment in the context of the Garonne River flood risk prevention plan. The research focuses on building 2D hydraulic models for the Garonne and Ariège rivers using Telemac 2D, supplemented by models for their tributaries on HEC-RAS. Following calibration, the 1875 reference flood event is simulated, sensitivity analyses were conducted on downstream boundary conditions, Strickler coefficient for the floodplain, and discharge parameters. The results reveal significant impacts of these parameters on the final hazard maps, underscoring the importance of thoughtful consideration in model calibration and parameter selection. It also questions the strategy to base the assessment on an extreme historical flood event with little data to back up the accuracy of the results, or favoring a less extreme event that will lead more accurate results, but with maybe less security.  The study highlights the critical role of high precision topography, particularly in flat and urban areas, where traditional discharge data may be lacking, and precipitation-based methods may prove less effective. The choice of modeling software also emerges as a key factor influencing the accuracy of flood hazard assessments, with variations in parameters and computation methods yielding differing outcomes.  Overall, this research underscores the complex interplay between modeling strategies, parameter selection, and topographic characteristics in urban flood risk assessment. It emphasizes the need for a nuanced approach in choosing flood events for modeling, balancing the availability of data with the accuracy and reliability of results. / Riskbedömning av översvämningar i stadsområden kräver användning av avancerade modelleringsstrategier för att korrekt beskriva översvämningsmönster och potentiella effekter på samhällen och infrastruktur. I denna studie undersöks effekterna av olika 2D- modelleringsstrategier på bedömningen av översvämningsrisker i samband med planen för förebyggande av översvämningsrisker i Garonnefloden. Forskningen fokuserar på att bygga hydrauliska 2D-modeller för floderna Garonne och Ariège med Telemac 2D, kompletterat med modeller för deras bifloder i HEC-RAS.  Efter kalibrering simuleras 1875 års referensflöde, känslighetsanalyser utförs på nedströms gränsvillkor, Strickler-koefficienten för översvämningsslätten och flödesparametrar. Resultaten visar att dessa parametrar har en betydande inverkan på de slutliga riskkartorna, vilket understryker vikten av noggranna överväganden vid modellkalibrering och val av parametrar.  Studien belyser den kritiska roll som högupplöst topografi spelar, särskilt i platta och urbana områden, där traditionella flödesdata kan saknas och nederbördsbaserade metoder kan vara mindre effektiva. Valet av modelleringsprogramvara framstår också som en nyckelfaktor som påverkar noggrannheten i bedömningen av översvämningsrisker, med variationer i parametrar och beräkningsmetoder som ger olika resultat.  Sammantaget understryker denna forskning det komplexa samspelet mellan modelleringsstrategier, val av parametrar och topografiska egenskaper vid riskbedömning av översvämningar i städer.  Den betonar behovet av ett nyanserat tillvägagångssätt när man väljer översvämningshändelser för modellering, och balanserar tillgången på data med resultatens noggrannhet och tillförlitlighet.