Le bilan hydrique des tourbières forestières est régi par une combinaison complexe de processus hydrologiques. Relativement stable en milieu naturel, ce bilan est facilement bouleversé par les activités d’aménagement forestier qui affectent le couvert végétal. Cette thèse de doctorat avait pour objectif d’étudier certaines interrelations existant entre la productivité forestière, la compétition pour les ressources et l’hydrologie des tourbières forestières du Québec. Le premier chapitre visait à déterminer s’il était pertinent d’utiliser le drainage forestier afin de transformer des pessières noires improductives en sites productifs. Les résultats ont démontré que même si ce traitement avait significativement augmenté la croissance de certains arbres, seul le drainage intensif utilisant des fossés rapprochés permettrait la conversion de tels peuplements. Les quatre autres chapitres visaient à évaluer l’influence de la végétation sur le contrôle des processus hydrologiques et indirectement sur la croissance forestière. La nappe phréatique a été mesurée dans une tourbière forestière pré-mature afin d’évaluer son comportement à la suite du drainage et à la récolte (Chapitre 2). Des mesures comparables ont été effectuées afin de mesurer la remontée de la nappe phréatique causée par l’éclaircie précommerciale sur des sites humides drainées et fortement régénérés (Chapitre 3). Ces deux études ont démontré l’influence significative de la végétation forestière sur le contrôle de la nappe phréatique en milieux forestiers humides. Puisque cette végétation possède une influence évidente sur la nappe phréatique, la croissance d’une tige devrait être favorisée par la présence immédiate de voisins. Le rôle du drainage biologique (Chapitre 4) ainsi que l’effet de la présence de compétition (Chapitre 5) sur la croissance ont été évalués pour des sites drainés. Il a été démontré que le pouvoir de contrôle de la nappe phréatique que possède la végétation est favorable à la croissance forestière, mais uniquement dans certaines situations particulières. Il semble donc pertinent de recommander des pratiques sylvicoles qui préservent une proportion considérable de la végétation sur les tourbières forestières. / The water budget of forested peatland sites is regulated by a complex combination of hydrological processes. Relatively stable in natural environments, this budget is exposed to major changes by forest management activities affecting the tree canopy. This Ph.D. thesis aimed to study the specific interrelations existing between growth and yield of tree species, above-ground competition, and hydrology of Quebec forested peatlands. The first chapter aimed to determine the pertinence of using drainage to transform unproductive black spruce stands into productive ones. Results showed that even if tree growth was significantly increased by drainage, only intensive drainage using narrow ditch spacing would enable stand productivity improvement. The four other chapters intended to evaluate the influence of the vegetation on the regulation of hydrological processes and, indirectly, tree growth. The water table has been monitored on a pre-mature forested peatland site to evaluate its behaviour following drainage and harvesting (Chapter 2). Comparable water table monitoring has been done in densely regenerated post-harvest and drained peatland sites to measure the watering-up after precommercial thinning (Chapter 3). Both studies demonstrated the valuable water table regulation capacities of the treed vegetation in forested peatlands. Since this vegetation has an evident influence on soil growing conditions, tree growth should be affected by the presence of neighbours. The role of biological drainage (Chapter 4) and the presence of competition (Chapter 5) on growth have been evaluated for drained sites. The water table regulation power of the vegetation stratum was found to be favourable to tree growth, but only in specific situations. Management practices that preserve notable amount of vegetation on forested peatland stands seem to be the most pertinent guideline that should be considered in these fragile ecosystems.

Ce travail hydrogeologique est consacré à une zone représentative d'un versant de montagne : chaine de Belledonne .

L'eau n'est pas seulement un bien précieux pour l'humanité, c'est aussi un objet d'intérêt commun entre de nombreuses disciplines, que ce soit l'hydrologie, les sciences de l'atmosphère, l'agronomie, la biogéochimie et même l'économie. Durant cette présentation, on s'intéressera essentiellement à la modélisation de la ressource en eau, tout d'abord d'un point de vue quantitatif, avec des applications sur la prévision des débits et des études d'impact du changement climatique, puis d'un point de vue plus qualitatif, avec notamment les problématiques de pollution diffuse par les nitrates et les pesticides, qui nécessitent une représentation intégrée et donc pluridisciplinaire de l'hydrosystème.

La prise en compte des zones humides pour la gestion de la ressource en eau nécessite une connaissance sur l'organisation spatiale du rôle tampon de ces zones humides dans les bassins versants. L'objectif de la thèse est d'évaluer l'évolution du rôle tampon des zones humides riveraines sur les flux et teneurs en nitrate en fonction de l'ordre des cours d'eau et de la saisonnalité des écoulements. Nous posons l'hypothèse d'une augmentation de ce rôle tampon avec l'augmentation de l'ordre qui est liée à une évolution géomorphologique et paysagère des sous-bassins, aux interactions entre le cours d'eau et la zone humide riveraine lors du transfert des flux au sein du réseau hydrographique, et à un changement de fonctionnement hydrologique des zones humides. Trois approches ont été développées pour vérifier ces hypothèses au sein du bassin versant du Scorff (Morbihan). Tout d'abord, nous comparons le fonctionnement hydrologique et hydrochimique de deux zones humides riveraines, au niveau de l'ordre 2 et de l'ordre 5 du bassin, équipées de piézomètres et de capteurs de pression de nappe. Ensuite, une étude des facteurs topographiques et hydrologiques contrôlant l'extension des zones humides riveraines permet de valider sur l'ensemble du bassin le changement de fonctionnement hydrologique des zones humides observé à l'échelle locale. Enfin, une étude statistique est réalisée à partir d'un suivi des teneurs en solutés à l'exutoire de sous-bassins d'ordre différents pour quantifier l'influence de l'ordre sur le rôle tampon des zones humides riveraines. Un changement du fonctionnement hydrologique et hydrochimique entre les deux zones humides riveraines est observé et s'inscrit dans un gradient géomorphologique et pédologique en fonction de l'ordre. La saisonnalité, l'intensité du rôle tampon et l'influence du cours d'eau sur la dynamique de la nappe dans la zone humide évoluent entre ces deux sites. L'augmentation d'une influence du cours d'eau pour un ordre élevé, confirmée par la seconde approche, provoque une augmentation de l'extension des zones humides. Le suivi hydrochimique à l'exutoire des sous-bassins montre une augmentation du rôle tampon des zones humides riveraines pour des ordres élevés et en période d'étiage. Un modèle empirique est proposé. Cette influence de l'ordre est expliquée par une évolution géomorphologique et une influence importante de l'effet tampon lors du transfert des flux au sein du réseau hydrographique.

La présente étude est un essai d'évaluation du bilan hydrologique d'une plaine alluviale pour une période de cinq ans (19721976) de mesures. Plus particulièrement, le but de cette étude est de déterminer le coefficient d'infiltration d'une plaine alluviale afin de pouvoir mesurer l'infiltration dans cette région. Ayant choisi une plaine alluviale (Combe de Savoie) du bassin de l'Isère, nous étudierons la géologie des différentes formations alluviales de cette plaine. Nous essayerons de déterminer les différents facteurs de l'hydrologie et de la climatologie du domaine d'étude (précipitations.évapotranspiration, climat). Nous examinerons le comportement hydrogéologique de la nappe aquifère contenue dans les alluvions (les différents types d'alimentation, de circulation et de variations de la nappe). Nous exposerons les données géophysiques existantes concernant notre région et pour calculer le coefficient d'infiltration, nous choisirons trois secteurs différents où nous évaluerons ce facteur. Après, nous tâcherons de déterminer le coefficient d'infiltration de l'ensemble du bassin. Ayant mesuré le coefficient d'infiltration, nous déterminerons l'infiltration et nous établirons le bilan hydrologique de notre région. Enfin, nous essayerons d'établir une relation entre les précipitations et l'infiltration de ce bassin (par méthode statistique) afin d'établir la loi des variations de cette dernière en fonction de la pluie.

Ce mémoire caractérise l'hydrologie et hydrogéologie de la zone minière de La Mure : inventaire des sources, incidence de la retenue de Monteynard sur l'exhaure de la mine, incidence de terrils sur des zones de marais , composition des eaux, variations saisonnières.

Les systèmes d'assainissement urbain sont des objets qui assurent une fonction hydrologique (concentration et évacuation des eaux d'origine météorique) à partir de réseaux de canalisations dont les structures sont en perpétuelle évolution.<br />Après avoir constaté que les modèles représentant l'activité hydrologique des réseaux furent basés sur une approche centrée sur le seul pôle fonctionnel et noté l'insuffisance d'une telle position, il est proposé de recentrer la modélisation de l'objet en reliant le pôle fonctionnel au pôle structurel; liaison entre ce qu'est et ce que fait l'objet. La théorie de la Dimension Fractale, et en particulier l'utilisation du concept de dimension d'homothétie, permettent de concevoir un modèle de structure des réseaux principalement ramifiés. La forme d'un réseau d'agglomération est alors représentée à partir de sa complète décomposition (non unique) en sous systèmes structurés par des réseaux morphologiquement quantifiés par une dimension d'homothétie statistique comprise entre un et deux. La validation expérimentale de ce modèle enrichit son sens initial. En effet, les structures sont évolutives ; leur état est quantifié à partir d'une mesure de l'état de celui-ci relativement à l'objet fractal théorique par le biais d'Un coefficient de complétude. Le modèle étant compatible avec le fait hydrologique, est décrit le mode de formalisation d'un modèle fonctionnel qui conjugue par convolution deux distributions, l'une relative au sol et l'autre au réseau. Le fonctionnel et le structurel sont reliés l'un à l'autre; le modèle est globalement, un modèle morpho-fonctionnel.

Dans le contexte du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), l'objectif du travail effectué est de mieux comprendre et quantifier les processus de surface agissant sur les flux de chaleur sensible et latente en région sahélienne. Une approche couplant modélisation des échanges d'énergie et d'eau à l'interface Sol-Végétation-Atmosphère et télédétection spatiale permet une analyse spatialisée à différentes échelles. Le modèle SEtHyS_Savannah a été développé et adapté aux zones semi-arides. Dans un premier temps un étalonnage des paramètres et une validation locale du modèle ont été effectués grâce aux mesures acquises dans le cadre du programme AMMA sur deux parcelles (mil et jachère) au Niger. Puis des méthodes spécifiques de traitement des données de télédétection multi capteurs ont été développées et/ou appliquées pour les besoins de la mise en place et de la validation de la modélisation spatialisée à l'échelle du super-site AMMA/Niger. Ainsi les données SPOT haute résolution ont permis de déterminer une classification de l'occupation du sol et les cycles d'évolution de la végétation. Les données ASAR/ENVISAT et les produits issus des capteurs SEVIRI/MSG et MODIS ont été utilisés pour proposer une première validation de deux variables clefs des bilans énergétiques et hydriques que sont l'humidité de surface et la température de surface. Cette étude montre que la modélisation mise en place donne des résultats pertinents et offre de nombreuses perspectives quant à l'étude des interactions surface-atmosphère et des impacts de modifications climatiques ou anthropiques sur les bilans de surface.

La production hydroélectrique est fortement impactée par la sédimentation dans les retenues de barrages, qui sont influencés par l'occupation du sol, l'infiltration et les interactions entre les eaux de surface et les aquifères. Pour le paiement des Services Hydrologiques Environnementaux au Costa Rica, une quantification de l'impact des utilisations des terres cultivées en café sur le fonctionnement des bassins est nécessaire. Cette thèse vise à : 1) étudier les composantes du bilan hydrologique dans un bassin agroforestier récemment installé 2) à quantifier les flux d'eau et de sédiments à différentes échelles : de la parcelle au bassin et de l'événement de crue à l'échelle annuelle, et 3) à simuler le bilan hydrique et la production de sédiments en tenant compte du ruissellement sur les versants et les routes. Les processus hydrologiques, écophysiologiques et de transfert de sédiments ont été suivis sur le bassin (pluie, débit, évapotranspiration, humidité du sol, niveau de l'aquifère, turbidité) et les parcelles (ruissellement de surface et érosion). Un nouveau modèle éco- hydrologique a été développé pour simuler les termes du bilan hydrologique et de sédiments. Des améliorations sont en cours pour tenir compte de l'effet des routes sur la genèse du ruissellement de surface et de l'érosion. Le faible ruissellement de surface, la faible érosion des parcelles et la faible production de sédiments, compte-tenu des conditions biophysiques et des pratiques de gestion (arbres d'ombrage, désherbage), offrent clairement des Services Ecosystémiques en réduisant les transferts superficiels de pesticides et de sédiments et en permettant une bonne régulation du débit de rivière. / The profitability of hydropower is affected by soil erosion and sedimentation in dam reservoirs, which are influenced by land use, infiltration and aquifer interactions with surface water. In order to promote the payment of Hydrological Environmental Services (HES) in Costa Rica, a quantitative assessment of the impact of land uses (such as coffee farming) on the functioning of drainage basins is required. This thesis seeks: 1) to study the water balance partitioning in a newly installed coffee agroforestry basin 2) to estimate the water and sediment yield at various spatio-temporal scales: from plot to basin and from event to annual scale; and 3) to simulate the water and sediment yields, at both annual and peakflow scale, by including the surface runoff from hillslopes and roads. The main hydrological, ecophysiological and sediment processes were monitored during one year at the basin (rainfall, streamflow, evapotranspiration, soil humidity, aquifer level, turbidity) and at the plots (surface runoff and erosion). A new eco-hydrological model was developed to close the water balance, and the annual sediment yield was also quantified. Improvements are in progress to take into account the effect of roads in surface runoff generation. The low surface runoff, low plot erosion and low basin sediment yield observed under the current biophysical conditions (andisol) and management practices (no tillage, planted trees, bare soil kept by weeding), offer potential HES by reducing the superficial displacement capacity for fertilizers and pesticides, yielding low sediment loads and regulating streamflow variability through highly efficient mechanisms of aquifer recharge-discharge.

Dans les régions méditerranéennes françaises, des épisodes pluvieux diluviens se produisent régulièrement et provoquent des crues très rapides et volumineuses que l'on appelle crues éclair. Elles font fréquemment de nombreuses victimes et peuvent, sur un seul évènement, coûter plus d'un milliard d'euros. Face à cette problématique, les pouvoirs publics mettent en place des parades parmi lesquelles la prévision hydrologique tient une place essentielle.C'est dans ce contexte que le projet BVNE (Bassin Versant Numérique Expérimental) a été initié par le SCHAPI (Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations) dans le but d'améliorer la prévision des crues rapides. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de ce projet et ont trois objectifs principaux : réaliser des prévisions sur des bassins capables de ces réactions qu'ils soient correctement jaugés, mal jaugés ou non jaugés.La zone d'étude choisie, le massif des Cévennes, concentre la majorité de ces épisodes hydrométéorologiques intenses en France. Ce mémoire la présente en détails, mettant en avant ses caractéristiques les plus influentes sur l'hydrologie de surface. Au regard de la complexité de la relation entre pluie et débit dans les bassins concernés et de la difficulté éprouvée par les modèles à base physique à fournir des informations précises en mode prédictif sans prévision de pluie, l'utilisation de l'apprentissage statistique par réseaux de neurones s'est imposée dans la recherche d'une solution opérationnelle.C'est ainsi que des modèles à réseaux de neurones ont été synthétisés et appliqués à un bassin de la zone cévenole, dans des contextes bien et mal jaugés. Les bons résultats obtenus ont été le point de départ de la généralisation à 15 bassins de la zone d'étude. A cette fin, une méthode de généralisation est développée à partir du modèle élaboré sur le bassin jaugé et de corrections estimées en fonction des caractéristiques physiques des bassins. Les résultats de l'application de cette méthode sont de bonne qualité et ouvrent la porte à de nombreux axes de recherche pour l'avenir, tout en démontrant encore que l'utilisation de l'apprentissage statistique pour l'hydrologie peut constituer une solution pertinente. / In the French Mediterranean regions, heavy rainfall episodes regularly occur and induce very rapid and voluminous floods called flash floods. They frequently cause fatalities and can cost more than one billion euros during only one event. In order to cope with this issue, the public authorities' implemented countermeasures in which hydrological forecasting plays an essential role.In this contexte, the French Flood Forecasting Service (called SCHAPI for Service Central d'Hydrométéorologie et d'Appui à la Prévision des Inondations) initiated the BVNE (Digital Experimental Basin, for Bassin Versant Numérique Expérimental) project in order to enhance flash flood forecasts. The present work is a part of this project and aim at three main purposes: providing flash flood forecasts on well-gauged basins, poorly gauged basins and ungauged basins.The study area chosen, the Cévennes range, concentrates the major part of these intense hydrometeorological events in France. This dissertation presents it precisely, highlighting its most hydrological-influent characteristics.With regard to the complexity of the rainfall-discharge relation in the focused basins and the difficulty experienced by the physically based models to provide precise information in forecast mode without rainfall forecasts, the use of neural networks statistical learning imposed itself in the research of operational solutions.Thus, the neural networks models were designed and applied to a basin of the Cévennes range, in the well-gauged and poorly gauged contexts. The good results obtained have been the start point of a generalization to 15 basins of the study area.For this purpose, a generalization method was developed from the model created on the gauged basin and from corrections estimated as a function of basin characteristics.The results of this method application are of good quality and open the door to numerous pats of inquiry for the future, while demonstrating again that the use of statistical learning for hydrology can be a relevant solution.