La pile à combustible comme moyen de production d'énergie propre et durable participera à la protection de l'écosystème en permettant à la filière hydrogène d'offrir une alternative aux énergies fossiles avant leur total épuisement. Cependant une baisse des coûts et une plus grande durabilité sont indispensables pour ces systèmes et notamment le cœur de pile, constitué d'un assemblage membrane-électrodes (AME). Cette étude a été menée sur une membrane alternative poly-aromatique sulfonée : le PolyEtherEtherCétone sulfoné, ou sPEEK. Cette membrane, qui n'offre qu'une stabilité chimique médiocre, a l'avantage d'offrir une bien meilleure tenue thermomécanique que la membrane de référence Nafion®. Le but de cette étude fut donc d'évaluer l'influence des conditions de fonctionnement sur les performances de la pile utilisant une membrane sPEEK, dans le but de les améliorer, mais aussi de mieux comprendre l'impact du vieillissement chimique de cette membrane sur ses propriétés physicochimiques et sur ses performances en pile. Ce travail fut réalisé en deux temps. Tout d'abord l'étude du comportement de la membrane sPEEK en pile pour différentes conditions d'utilisation a montré que le transport de l'eau dans l'AME est un point déterminant des performances de la pile. En effet une très forte hétérogénéité de fonctionnement imputable à la mauvaise répartition de l'eau dans la membrane sPEEK a été observé, aboutissant à des performances fortement dégradées par rapport à celles du Nafion®. Le diagnostic in situ de la dégradation de la membrane étant difficile et le système particulièrement complexe, il fut ensuite décidé d'étudier « ex situ » le vieillissement chimique de la membrane (dans des conditions de laboratoire). Les membranes vieillies sous l'action de H2O2 (oxydant responsable du vieillissement chimique des membranes en pile) ont ensuite été caractérisées et enfin testées en pile. Il apparaît que le vieillissement chimique résulte en des coupures des chaînes polymère, qui induisent une augmentation du gonflement de la membrane. Pour de forts vieillissements, ces coupures de chaînes entraînent une perte de la tenue mécanique de la membrane, incompatible avec une utilisation en pile. Cependant, pour des vieillissements contrôlés (très faible degré d'avancement), les modifications chimiques induites permettent un meilleur gonflement de la membrane qui résulte en une augmentation de sa conductivité ainsi qu'un meilleur transport de l'eau en pile, permettant d'obtenir des performances comparables à celles du Nafion®. / Fuel cells as production system of clean and sustainable energy will help to protect our ecosystem by providing an alternative to fossil fuels before their total exhaustion. However, lower costs and a greater durability are needed for these systems and more particularly the center of the cell, naming the membrane-electrodes assembly (MEA). This study was performed on a sulfonated poly-aromatic membrane: sulfonated polyetheretherketone, or sPEEK. This alternative membrane, which possesses only poor chemical stability, offers a much better thermomechanical behavior than Nafion®, the reference membrane. Aim of this study was first to understand the impact of operating conditions on fuel cell performance, for a sPEEK membrane, in order to improve performance, but also to better understand the impact of the membrane chemical aging onto its physicochemical properties and the resulting fuel cell performance. First the behavior of sPEEK in fuel cell for different operating conditions showed that water transport in the MEA is critical for fuel cell performance. Indeed a very high heterogeneity of operation due to slow water transport in the sPEEK membrane was observed, resulting in a major drop of fuel cell performance compared with what observed using Nafion®. As in situ diagnosis of membrane degradation is difficult and the system particularly complex, it was then decided to study "ex situ" the chemical aging of the membrane (laboratory conditions). Aged membranes under the action of H2O2 (oxidative responsible for the in situ chemical aging of the membranes) were characterized and finally tested in fuel cell. It appears that the chemical aging results in chains scissions, which induce an increase of the membrane swelling. For too much aging, these chains scissions result in the membrane loss of mechanical strength, incompatible with their use in fuel cell. However, for controlled aging (very low degradation), the induced chemical changes allow better swelling of the membrane resulting in an increase of the conductivity and better water transport in the MEA, making it possible to reach, with sPEEK, as good performance as with the use of Nafion®.

Cette thèse analyse les fondements et l'évolution de l'économie et de la gestion de l'eau au Liban dans ses cadres juridiques, institutionnels et politiques. L'étude s'appuie sur une méthodologie mixte, à la fois qualitative, à travers des études de terrains et celle de la littérature existante, et quantitative, en utilisant des outils d'analyse économétrique. Nous avons pris comme grille de lecture les liens entre les modes de production et d'usage de l'eau, la nature de la propriété foncière et sa structure dans une démarche d'économie politique. L'étude se compose de cinq chapitres. Notre premier chapitre, élaboré à partir d'une lecture critique de la littérature économique qui traite de la valeur de la ressource et de sa rareté, remet en cause la notion de crise de l'eau. Il propose une critique des paradigmes globalisés, notamment la gestion par bassin et la bonne gouvernance, qui sont à la base de la notion de Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE) d'inspiration libérale. En dépassant ces théories à l'aide d'une approche historico-matérialiste, ce chapitre construit notre grille de lecture d'un "paysage de l'eau" en mobilisant la théorie de Wittfogel des sociétés hydrauliques et la théorie des "moments" développée par David Harvey. Le deuxième chapitre suit chronologiquement et sur un temps long l'évolution juridico-institutionnelle de la gestion de la ressource depuis l'Empire ottoman et le mandat français sur le Liban jusqu'à la construction nationale entre l'indépendance et la guerre civile libanaise. Notre analyse reconstitue les fondements historiques de la relation du pouvoir aux régimes fonciers durant ces périodes. Nous développons en particulier les éléments qui sont à la source de la formulation de la vision de la mission hydraulique libanaise afin de présenter une interprétation de la relation de l'Etat à l'eau et le discours dominant de la gestion de la ressource. Le troisième chapitre expose les caractéristiques socio-spatiales du service d'eau potable et d'assainissement dans la phase de reconstruction. Il analyse la nature de la fragmentation institutionnelle des autorités publiques ainsi que la politique de l'eau engendrée par l'ajustement structurel et par les paradigmes néolibéraux, notamment, l'adoption des principes de la GIRE par le gouvernement libanais et la préparation du terrain pour des contrats de Partenariat Public-Privé. Le quatrième chapitre propose un modèle formalisé d'économie publique qui nous informe par ses résultats économétriques sur les critères d'allocation des projets de l'eau durant les deux dernières décennies. Les résultats économétriques de ce modèle vont confirmer notre hypothèse de base en montrant que seule la distance politique apparaît comme facteur décisionnel dans l'allocation des fonds aux régions, sans prise en compte de leurs caractéristiques socio-économiques et environnementales. Le cinquième chapitre étudie la question de l'irrigation et sa place dans les politiques agricoles du pays. Dans le fil de notre analyse sur la relation du pouvoir à l'eau, nous revenons sur les privilèges des grands propriétaires terriens dans l'accès aux subventions pour une production intensive en eau à destination des pays du Golfe. Ce chapitre pose la relation de l'eau au système alimentaire du pays en exposant le commerce et l'empreinte en eau virtuelle du pays. Finalement, nous utilisons un modèle de gravité commercial pour analyser la place de l'eau dans le processus de libéralisation du marché agro-alimentaire du pays. En conclusion, notre lecture de l'évolution du processus socio-naturel du paysage de l'eau confirme que les modes de production, d'usage et d'appropriation de la ressource hydrique au Liban sont le produit d'une relation étroite entre la propriété foncière et le pouvoir, héritée de l'histoire politique du pays et maintenue par son système confessionnel. / This thesis analyses the foundations and the evolution of the water economy and management in Lebanon by emphasizing the legal, institutional and political frameworks. The study uses a mixed approach combining a qualitative methodology, through surveys, interviews and documentation and a quantitative approach using econometric modeling. By composing our conceptual framework, we seek to define the political economy of the resource in Lebanon and the ties linking water use to land tenure structures. The study is composed of five chapters. Our first chapter reviews the economic literature dealing with the water value and scarcity and addresses a criticism concerning globalized paradigms, mainly, river basin management, good governance and the Integrated Water Resource Management (IWRM). Going beyond those theories and using a historic-materialist approach, we propose our analytical framework of a "waterscape" combining the hydraulic societies theory developed by Karl Wittfogel and the "moments" approach of David Harvey. Our second chapter explores, by adopting a chronological approach over a long period, the evolution of the legal and the institutional structures of water management in Lebanon. This chapter covers four centuries of the Levant territories under the Ottoman Empire, followed by the French mandate over Lebanon and, finally, the national construction phase between the independence and country's civil war. Our analysis seeks to understand the historical foundations of the relationship between land tenure regimes and social power during those periods. We also develop in this chapter the pilars that drove the Lebanese hydraulic mission in order to present an interpretation of the dominant discourse in the water management. Our third chapter reviews the socio-spatial characteristics of the water and wastewater infrastructures during the reconstruction period. We extend our analysis to depict the institutional fragmentation characterizing the water public authorities in Lebanon. We emphasize on the water policies undertaken in the country during this recent period under structural adjustment and neoliberal paradigms, mainly, the adoption of the IWRM principles by the Lebanese government and the ground preparation to Public-Private Partnerships. The fourth chapter offers a public good model analyzing the concerns behind the allocation of water projects during the last two decades. Econometric results clearly approve our hypothesis that the distributive politics are solely driven by partisanship concerns during this period with no consideration about socio-economical and environmental features of regions. The fifth chapter develops the links of water use to the Lebanese agricultural economy in order to understand the main drivers of irrigation. We shed the light on the privileges of big landowner in accessing to subsidies following a water intensive production destined to the Gulf countries. This chapter detects the link between country's food system and water by presenting the virtual water balance and food water footprint. Finally, the chapter verifies the state of water in the liberalization process of the country by using a gravity model. From our reading of the socio-natural process of water in Lebanon, our results show that the modes of use, production and appropriation of the resource in the country are produced by a close relation between land property and power, an inherited link from the political history of Lebanon maintained by the confessional system.

Dans un contexte de variabilité climatique et de multiplication des usages de l'eau, la compréhension et la prévision de la variabilité des débits des cours d'eau est aujourd'hui un enjeu majeur pour améliorer la gestion des ressources en eau à l'échelle des bassins versants. En France, le bassin versant de la Durance (Alpes du Sud), lieu de multiples usages de l'eau (hydroélectricité, agriculture, alimentation en eau potable, loisirs), fait l'objet d'une attention particulière en ce qui concerne les impacts du changement climatique qui pourraient être importants du fait de sa situation géographique et de son régime partiellement nival, et remettre en question les équilibres en place permettant le partage de la ressource. Dans l'optique d'une meilleure anticipation de la variabilité hydrologique d'un bassin versant, bien connaître le passé est une étape fondamentale permettant à la fois une meilleure connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin et une mise en perspective des projections hydro-climatiques futures. Cette thèse a pour objectif et résultat principal de faire progresser l'état des connaissances sur la variabilité hydrologique du bassin de la Durance à l'échelle du dernier siècle. Deux axes principaux ont été développés pour remplir cet objectif. Une première étape a été la recherche et la mise au jour d'un ensemble de longues séries hydrométriques concernant la Durance et ses affluents, permettant d'élever à 11 le nombre de séries centenaires de débits journaliers aujourd'hui disponibles sur ce bassin. Les nombreux documents accompagnant les données retrouvées nous ont par ailleurs permis de retracer, pour une partie de ces séries, l'évolution des méthodes utilisées pour les construire. Un processus de simulation des méthodes anciennes à partir de données horaires disponibles sur la période récente nous a permis de quantifier l'incertitude associée à ces méthodes et de mettre en évidence des biais importants causés par celles-ci sur certaines portions de séries. Une méthode de correction a été proposée et appliquée à plusieurs séries. Le deuxième axe de notre travail a consisté en la reconstitution de séries hydrologiques en différents points du bassin. À cette fin, nous avons présenté et appliqué une méthode originale appelée ANATEM de reconstitution de séries climatiques à l'échelle du bassin versant à partir de données climatiques de grande échelle (champs de pressions atmosphériques), combinées à des informations plus régionales (séries de précipitations ou de températures observées). Les séries climatiques ainsi reconstituées ont ensuite été utilisées en entrée d'un modèle hydrologique pour construire des séries de débits. Ce processus nous a permis d'obtenir une vingtaine de séries hydrologiques couvrant la période 1884-2010 sur le bassin de la Durance. La comparaison des reconstitutions hydro-climatiques avec les longues séries de débits observés aujourd'hui disponibles a permis de valider la chaîne de reconstitution sur une période de plus d'un siècle. Les séries observées et reconstituées illustrent finalement la variabilité hydrologique du bassin de la Durance qui se caractérise par une alternance de périodes sèches et humides à l'échelle de la décennie, ainsi que par une légère tendance à la baisse des débits. Ces longues séries de l'hydrologie du passé permettront de mettre en perspective les études prospectives sur les ressources en eau disponibles à l'échelle du siècle prochain. / Understanding and predicting hydrological variability is becoming a major issue to improve water resources management at the watershed scale, as climate variability and multipurpose use of water increase stress on the available resources. In France, the Durance watershed (South part of the Alps) is both characterised by numerous water-related activities such as hydropower, irrigation, water supply, tourism, and by a wide range of meteorological contexts ranging from mountainous to dry Mediterranean watersheds. As a consequence, this watershed appears as very sensitive to observed and projected climate variability, with an impact on water resources sufficient to question the current balance between users. In order to better forecast the Durance watershed hydrological variability, tracing back its past evolution is an essential step. Indeed, historical knowledge provides a better understanding of how the watershed works, and put into perspective hydro meteorological projections for the next century. The main goal of this Ph.D. thesis is then to improve our knowledge of the hydrological variability of the Durance watershed over the last century. Two main themes have been developed.The first step focused on historical research, bringing to light 11 centennial time-series of daily streamflow on the Durance watershed. Those data were quite well documented, allowing us to follow the evolution of the methods used to construct some of those time-series. Based on recent streamflow time-series, a simulation process allowed us to quantify the uncertainty associated to the methods used in the past, and to highlight the significant biases they carried on some periods of time. A correction process was then developed, leading to the partial revision of some of the time-series. A second step involved reconstructing hydrological time-series at different points of the watershed. An original method, called ANATEM, has been introduced and exhaustively applied to rebuild climatological time-series at the watershed scale. This method is based on the use of large scale climatological variables (atmospheric pressure fields) combined with regional scale observations (observed precipitation or air temperature). Those reconstructed climatological time-series were then prescribed in a rainfall-runoff model, allowing the computation of hydrological simulations on the 1884-2010 period. The comparison of the simulated data with our 11 centennial observed time series allowed us to validate our hydro-climatological reconstruction chain over more than a century. Finally, the observed and simulated time-series illustrate the climatological and hydrological variability of the Durance watershed. This variability is characterised by the succession of alternatively dry and humid periods lasting for ten to fifteen years, and by a slight trend to streamflow decrease. These long-term hydrological time-series will then put into perspective future investigations on water resources available over the next century.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Afin de pouvoir utiliser les piles à combustible du type PEMFC dans une application automobile, leur coût doit être diminué et leur durée de vie doit être augmentée. De nombreux résultats montrent que la gestion de l'eau dans les piles PEMFC est essentielle sur ces aspects et qu’une meilleure maitrise contribuera a développer des piles plus performantes. La couche active cathodique (CCL, Cathode Catalyst Layer) est le lieu de production de l'eau ce qui en rend l'optimisation importante pour assurer une bonne gestion de l'eau. Dans ce travail, la méthode réseau de pores a été adaptée pour modéliser le transport diphasique dans la structure poreuse de la CCL. Dans l'état de l'art actuel, le modèle développé est le seul permettant d’analyser l'effet des proprietes locales de la CCL (structure, mouillabilite…) sur les mecanismes de transport diphasique. Cet outil de compréhension constitue également une base pour proposer des améliorations de la CCL afin d'améliorer les performances des piles. Les algorithmes d'invasion développés ont été analysés d'une façon détaillée. Le transport fluidique (gaz et liquide) est couplé avec le transport des charges (électrons et protons) par un modèle de réaction électrochimique. Les mécanismes de capillarité, de diffusion gazeuse et d’evaporation sont integres au modele afin d'avoir une représentation la plus complète possible du fonctionnement de la CCL. La description de la structure poreuse par un réseau de pore régulier, l'algorithme d'invasion de l'eau liquide et le modèle de la diffusion des gaz ont été validés par des comparaisons avec des résultats expérimentaux de la littérature ou spécifiques de ce travail. Le modèle est ensuite exploité pour analyser l'effet des paramètres de la CCL tels que la mouillabilité et la taille des pores sur les performances de la couche active. Les résultats permettent d’analyser de premieres idees de modifications de la CCL pour ameliorer la gestion de l’eau et les performances des PEMFC. / In order to use PEM fuel cells in an automotive application, their cost must be reduced and their lifetime must be increased. Many results show that water management is a critical issue in PEMFC optimization. The water is produced in the cathode active layer (CCL) which makes the optimization of this component very important to ensure a better water management in the PEMFC. In this work, the pore network method has been adapted to model the two-phase transport in the porous structure of the CCL. Considering the state of the art, this is the only model developed to analyze the effect of local properties of the CCL (structure, wetting ...) on the two-phase transport mechanisms. This model is proposed as a scientific tool to help understanding the fundamentals behind the transport phenomena inside the CCL and also to help in the conception of the future CCL. The liquid invasion algorithms developed in this work were analyzed in details. The fluids transport (gas and liquid) is coupled with the charges transport (electrons and protons) using an electrochemical reaction model. The capillary driven liquid transport, the gas phase diffusion and the evaporation process are all integrated into the model in order to have the most possible complete description of the CCL. The description of the porous structure by a regular network, the liquid invasion algorithm and the gas diffusion model all have been validated by comparisons with experimental results from literature or specific work . The model is then exploited to analyze the effect of parameters such as the CCL wettability and pore size distribution on the performance. The results allow analysis of initial ideas that can help in the conception of the CCL in order to improve the water management and the performances of the PEMFC.

Nous analysons cette thèse au travers de quatre grandes échelles d'observation : macrosociale, mésosociale, microsociale et micro-individuel. Dans le premier temps, pour comprendre le contexte de la gestion et l'utilisation de l'eau potable, nous allons présenter d'abord le contexte environnemental pour rappeler l'importance géopolitique par rapport à l'eau au niveau internationale, montrer progressivement le développement du pays accompagnant « une crise de l'eau » au niveau national, et au niveau régional notre exemple de Guangzhou, ainsi que les solutions et les conflits de cette crise dans une échelle macrosociale. « La maîtrise de l'eau » en quantité et en qualité est toujours un enjeu particulièrement important au niveau national et international. En second, nous allons montrer une évolution de la qualité et de la gestion de l'eau courante à Guangzhou. Dans cette partie, nous allons rappeler d'abord la cause principale d'une pollution importante nuisant à la qualité de l'eau courante à cause d'un développement d'urbanisation très rapide, pour comprendre comment l'eau courante est devenue non potable. Dans l'échelle d'observation mésosociale, nous pouvons observer les réactions et les coopérations des différents secteurs publics et privées autour de la production et de la distribution de l'eau courante. Dans la troisième partie, nous allons mobiliser notre perspective à l'échelle d'observation microsociale. Ici nous nous intéresserons particulièrement à l'usage de l'eau dans la vie quotidienne chez les individus, notamment dans le cadre de l'alimentation. Nous allons présenter d'abord une évolution et une diversité de l'eau dans la famille chinoise citadine contemporaine, de manière plus ancienne comme l'eau des puits vers plusieurs types d'eau commerciale. En face des choix, comment les individus expertisent et choisissent leur(s) eau(x) ? Comment les individus utilisent et transforment les sens de l'eau dans l'espace domestique ? Ensuite, nous analyserons les occasions de consommation et les représentations des eaux potables (l'eau courante, ainsi que des autres eaux sans goût ou avec du goût (des boissons non alcoolisées) dans les familles chinoises dans quatre grandes villes (Beijing, Shanghai, Guangzhou et Chengdu) en Chine à l'échelle d'observation microsociale et micro-individuel. C'est dans cette partie que nous voyons les différentes pratiques entre les chinois les plus traditionnels qui pratiquent la philosophie chinoise du qi, du yin et du yang dans la consommation des eaux dans leur vie quotidienne et les chinois plus modernes qui ne pratiquent pas du tout la tradition, ou bien entre les deux. C'est aussi dans cette partie, où nous voyons le lien interrelationnel dans la société chinoise au travers de la consommation des eaux. À la fin, nous avons travaillé sur le goût, surtout le sucré dans les boissons non alcoolisées en montrant les occasions, les pratiques et les représentations et la gestion du corps par rapport au sucre et au sucré. / We will analyze this topic based on four major scales of observation: macrosocial, mesosocial, microsocial and micro individual. Firstly, in order to understand the context of drinking-water usage and management, we will present the environmental context and the geopolitical importance of water at the international level. We will then demonstrate China's development following a "water crisis" at the national level. Finally, we will present the regional-level example of Guangzhou, along with the solutions to and conflicts within this crisis on a macrosocial scale. "Water management", in terms of quantity and quality, continues to be a particularly important issue on the national and international stage. Secondly, we will examine the changes in the quality and management of running water in Guangzhou. In this second section, we will first show that running water in the region has become undrinkable due to severe pollution stemming from rapid urbanization. On a mesosocial level, we can observe the reactions of and cooperation between various segments of the public and private sector with respect to the production and distribution of running water. In the third section, we will examine the issue on the microsocial scale. Here, we will be focusing on water usage in individuals' daily lives, especially in the context of food and eating habits. We will first describe the changing role and diversity of water usage in the modern urban Chinese household, from historic usage of well-water to various types of commercially produced water. How do individuals select their preferred water source(s) based on the available options? How do they use and transform the meaning of water within the domestic realm? Next, we will analyze the forms of consumption and the representations of drinking water (including running water as well as other types of non-alcoholic water beverages, both flavored and unflavored) within Chinese households in four major Chinese cities: Beijing, Shanghai, Guangzhou, and Chengdu on the microsocial scale and micro individual. In this section, we outline the differences between the habits of more traditional Chinese, adherents of the Chinese philosophy of qi, yin, and yang, and those of more modern, non-traditional Chinese, as well as those in between the two extremes. This section also explores the relationships inherent in Chinese society though the lens of water consumption. Lastly, we address the issue of flavor, especially sugar in non-alcoholic drinks, by outlining the forms, practices, representations, and management of the body in relation to sugar and sweet drinks.

Cette thèse analyse les relations de pouvoir qui se jouent autour des enjeux environnementaux (gestion de l'eau et changement climatique) dans le processus de construction étatique de l'Autorité palestinienne, entité gouvernementale sous régime d'aide et marquée par l'occupation israélienne. Elle mobilise la sociologie de l'action publique, la political ecology et les science and technology studies afin d'étudier les processus multi-échelles de co-construction de l'ordre social et de l'environnement à travers les savoirs, la définition des problèmes et les politiques adoptées pour y répondre. Cette recherche analyse les liens entre l'aide internationale, le développement, l'environnement et la volonté de consolidation du pouvoir de l'Autorité palestinienne. Elle se penche sur la circulation et l'hybridation des savoirs et des solutions d'action publique. En dehors de l'action des décideurs nationaux et internationaux, d'autres acteurs (ONG, organisations humanitaires) interviennent et mobilisent d'autres représentations des problèmes environnementaux et des solutions à apporter en interactions avec leurs représentations du territoire et du conflit. Cette thèse se fonde sur une série d'entretiens et de discussions informelles, la littérature grise sur le sujet et de nombreuses observations participantes. / This thesis analyses the power relations involved in environmental issues (water management and climate change) and the process of state building of the Palestinian Authority, an entity dependent on international aid and under israeli occupation. This thesis mobilises sociology of public action, political ecology and science and technology studies in order to examine the multi-level processes of co-construction of social order and environment through knowledges, problems definition and public policies adopted to tackle them. This research analyses the interactions between international aid, development and environment and the objective of empowerment of the Palestinian Authority. It focuses on the circulation and hybridisation of knowledge and public policy solutions. Beyond national and international decision makers, other actors such as NGOs or humanitarian organisations participate and mobilise other representations of environmental problems and solutions in relation with their representations of the territory and the conflict. This thesis is based on a series of interviews, informal discussions, grey literature dealing with the subject and observational work.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ces 10 dernières années ont été marquée à l'Office du Niger par une augmentation spectaculaire des superficies aménagées et cultivées en contre-saison qui ont engendré un accroissement de la demande en eau en période d'étiage du fleuve. Du fait des caractéristiques structurelles du réseau et de pratiques de gestion peu performantes induisant des pertes substantielles d'eau par infiltration, la nappe phréatique est aujourd'hui quasi sub-affleurante avec toutes ses conséquences néfastes sur les facteurs de productions. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre et de quantifier les dynamiques engendrées par les cultures de contre-saison, auxquelles il est communément reproché d'être surconsommatrices de la ressource en eau et de favoriser des conditions favorables à la dégradation de sols par alcalinisation. Traduit en termes scientifiques, l'objectif est de développer un modèle permettant d'évaluer l'impact des modes de gestion des cultures de contre-saison sur les performances de l'irrigation et sur la dynamique de la nappe phréatique. La démarche a consisté à collecter et analyser les données secondaires disponibles, mettre en place un dispositif d'enquête et de suivis de terrain sur la base desquels a été développée une modélisation des performances de l'irrigation et de la dynamique d'évolution des caractéristiques la nappe phréatique. L'analyse des données secondaires descriptives de l'évolution des systèmes de culture de contre saison à l'Office du Niger montre un accroissement notoire des superficies cultivées en contre-saison induisant une disparition du schéma de mise en valeur initialement prévu lors de la conception des aménagements. La recherche d'amélioration de leur autosuffisance alimentaire et de leurs revenus, sont les principaux déterminants de cette évolution des pratiques. Les données secondaires descriptives de la gestion de l'eau montrent que si cette dynamique a eu pour conséquence une augmentation importante du taux de prélèvement des eaux du fleuve Niger, elle a induit une réduction de moitié des vii apports par hectare cultivés en contre saison sous l'effet d'une amélioration de l'efficience de transport qui structurellement tend à s'améliorer en fonction de l'accroissement des superficies irriguées. Les résultats des études de terrain montrent qu'à l'échelle d'un arroseur cultivé en riz, le type de sol est le principal facteur explicatif de la variabilité des apports d'eau (en moyenne 15 000 m3/ha). L'efficience moyenne de l'irrigation de l'arroseur à la parcelle, bien que meilleure qu'en hivernage, reste faible (65%) ; elle croit au cours du cycle de 20 à 85% avec le taux de repiquage. Si les pertes dans le réseau de drainage restent généralement faibles (12%), les épandages systématiques d'eau sur les surfaces non encore repiquées en début de campagne sont la principale cause explicative de la valeur de l'efficience de l'irrigation et représentent de l'ordre 25% de la lame d'eau contribuant à la recharge de la nappe phréatique par hectare rizicultivé (200 mm). Leur réduction par une meilleure maîtrise de l'irrigation diminuerait d'autant contribution de la riziculture de contre-saison au soutien de la nappe. La situation du maraîchage est beaucoup plus critique : les apports par hectares en tête de partiteur (14 500 m3/ha) ne sont pas statistiquement différents de ceux du riz alors que les besoins en eau sont deux fois plus faibles. L'analyse des données du suivi de la nappe entre 1995 et 2006 à l'échelle du Kala inférieur confirme la continuité entre nappe de surface, alluviale et continentale et montre que le niveau moyen piézométrique de la nappe à l'aplomb des périmètres du Kala inférieur, augmentation de son volume et sommes des surfaces cultivées en saison des pluies et saison sèche sont significativement corrélés malgré la décroissance graduelle du niveau piézométrique de la nappe à mesure qu'on s'éloigne des périmètres. Ces constatations ont permis de modéliser, sur la base d'un bilan en eau, l'impact combiné des cultures de contre-saison et d'hivernage sur la dynamique de la nappe phréatique. Cette modélisation tend à montrer que les cultures de contre saison n'expliqueraient que de l'ordre de 25% de l'augmentation du volume de la nappe entre 2001 et 2006; le reste est à attribuer à l'irrigation des cultures d'hivernage. Cette remontée de la nappe et la continuité entre nappe de surface et nappe régionale confirmée tendent à diminuer la drainabilité naturelle des zones cultivées particulièrement en contre saison et contribuent à expliquer le faible battement de la nappe dans ces zones entrainant un engorgement pratiquement continu des sols qui contraint les conditions d'exploitation et augmente les risques d'apparition de phénomène d'alcalinisation. Compte tenu des approches utilisées basées sur des bilans d'eau et des hypothèses de représentativité supposées, les processus biophysiques des tendances que cette étude a permis d'identifier, mériteraient d'être confirmés. La poursuite de campagnes périodiques de suivi de la nappe, une caractérisation de ses propriétés hydrodynamiques ainsi que le développement de la modélisation hydrogéologique de son fonctionnement devraient être envisagés face aux enjeux qu'elle représente en termes de contraintes à la mise en valeur agricole et de risques environnementaux mais aussi de possible exploitation des ressources en eau souterraines pour la double culture.

Ce travail porte sur le développement d'algorithmes et l'application de méthodes numériques pour la résolution des problèmes inverses d'estimation de paramètres, d'identification de conditions aux limites et d'identification de sources dans un milieu poreux. Ces outils seront d'une grande utilité pour l'aide à la gestion des ressources en eaux souterraines et à leur préservation quant aux dégradations. L'objectif de cette thèse est de résoudre ces problèmes inverses en se basant sur différentes approches : Une résolution basée sur l'optimisation de forme topologique qui est la recherche de la géométrie d'un objet qui soit optimale vis à vis d'un critère donné, et ce sans aucun a priori sur sa topologie, c'est-à-dire sur le nombre de "trous" qu'il peut contenir. Sachant que ces trous représentent les puits recherchés. Pour ce faire, nous avons adopté la méthode du gradient topologique, qui consiste à étudier le comportement d'une fonction objectif lors de la création d'un petit trou à l'intérieur du domaine. Une résolution basée sur la minimisation d'une fonctionnelle d'erreur en énergie en utilisant des données surabondantes sur une partie de la frontière du domaine afin de compléter les données sur toute la frontière du domaine et de déterminer les positions, les débits et le nombre de puits existants à l'intérieur du domaine. Une résolution par le couplage de la méthode de paramétrisation adaptative qui a l'avantage de minimiser le nombre des inconnus de paramètres permettant d'interpréter au mieux les données disponibles et la méthode du gradient topologique. Ce couplage nous permet à la fois d'identifier les zones géologiques, de déterminer les valeurs de la transmissivité hydraulique dans chaque zone et de localiser les positions des puits. / This work deals with the development of algorithms and application of numerical methods for solving inverse problems of parameters estimation, identification of boundary conditions and localisation of sources in porous media. These tools will be usefull in the management of groundwater resources and their preservation as to damage. The objective of this thesis is to solve the inverse problem based on different approaches: A resolution based on topological shape optimization is to find an optimal design without any priori assumption about its topology, that is, about the number of holes it may contain. Knowing that these holes represent the searched wells. To do this, we have adopted the method of topological gradient, which is to study the behavior of an objective function when creating a small hole inside the domain. A resolution based on the minimization of a constitutive law gap functional by using overspecified data on a part of the boundary of the domain to complete the data on all the boundary of the domain and determine the positions, the flows and the number of existing wells inside the domain. A resolution by the coupling of the adaptive parameterization method which has the advantage to minimize the number of the unknowns of parameters allowing to interpret at best the available data and the method of the topological gradient. This coupling allows us at the same time to identify the geological zones, to determine the values of the hydraulic transmissivity in every zone and to locate wells' positions.