Le Sahel, région semi-aride située au sud du désert du Sahara, est particulièrement sensible au changement climatique et est soumise à une forte variabilité inter-annuelle et décennale des précipitations. Au cours des dernières décennies, la région a été marquée par deux périodes de sécheresse intense dans les années 1972-1973 et 1983-1984, qui ont eu des conséquences dramatiques sur les ressources en eau et la végétation, provoquant l'érosion des sols, d'énormes pertes en bétail et des récoltes catastrophiques accentuant la paupérisation des populations rurales. Ces travaux de thèse contribuent à un effort d'identification et de quantification par télédétection des changements d'états de surface sur une grande région du Sahel malien, le Gourma qui s'étend sur près de 90 000 km² et couvre tout le gradient bioclimatique sahélien. L'étude s'appuie sur une importante base de données constituée au sol par des sites pastoraux et agricoles suivis dans le cadre de plusieurs programmes nationaux et internationaux. Trois sources de données de télédétection sont utilisées : 1) l'imagerie multi-spectrale à haute résolution spatiale Landsat, 2) l'imagerie couleur à très haute résolution spatiale observée en vision pseudo-stéréoscopique de Google Earth et 3) le produit NDVI du capteur MODIS à moyenne résolution spatiale mais à haute répétitivité temporelle. Les résultats présentés fournissent une caractérisation détaillée à l'échelle de la région du Gourma des types de surfaces sol-végétation, de l'occupation agricole des sols, du fonctionnement hydrique et aussi des productions végétales moyennes sur 14 années, herbacées et foliaires des ligneux. Pour quelques-unes de ces variables, et sur une partie de la région au moins, les résultats ont quantifié la dynamique historique de 1986 à 2011. Au niveau de la commune de Hombori, l'historique remonte jusqu'à 1955. Les résultats montrent clairement que la dynamique des mises en culture n'est pas responsable de la concentration du ruissellement observé dans le Gourma comme ailleurs au Sahel. / The Sahel is a semiarid region located south of the Sahara desert. The Sahel is particularly sensitive to climatic change and is subject to a high inter-annual and decadal rainfall variability. This region was marked by two periods of very severe droughts which occurred in 1983 - 1984 and 1972-1973 within a long dry period which began in 1970. This long drought deeply impacted water resources and vegetation, causing soil erosion, huge livestock losses and catastrophic harvests accentuating the impoverishment of the rural population. This study is an attempt to characterize and quantify changes in soils, vegetation and hydrology at the scale of the Gourma region (90 000 km²) located in Northern Mali from the last 55 years. Three types of remote sensing data have been used: 1) high spatial resolution Landsat images, 2) very high spatial resolution Geo-Eye images (Google-Earth) and 3) NDVI data measured by the moderate spatial resolution satellite (MODIS). The approach aims to characterize soil surface texture, local redistribution of rainwater by surface run off, surface hydrology and vegetation cover changes over the considered period. Temporal dynamics of vegetation and soils are pointed out. Particularly, this study shows the strong relationships between soil types, surface hydrology and vegetation dynamics at different spatial scales. Land cover changes are also characterized over the considered period.

Les zones riveraines sont connues pour fonctionner comme des tampons efficaces, capable d’éliminer les nitrates des eaux souterraines avant leur rejet dans les ruisseaux adjacents. Ce rôle de tampon est particulièrement important dans les bassins versants agricoles où, l’azote supplémentaire, provenant des engrais, peut être lessivé dans les eaux souterraines. Sur les plaines côtières, les nitrates présents dans les eaux souterraines puis déchargés dans les ruisseaux peuvent potentiellement enrichir les eaux côtières. La transformation des nitrates par le processus de dénitrification permet d’améliorer la qualité de l'eau, cependant, la dénitrification incomplète produit du protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre. Bien qu’un grand nombre de recherches aient été menées dans les régions tempérées, peu d'études ont été conduites dans les régions tropicales sur la capacité des zones riveraines à éliminer les nitrates des eaux souterraines. Dans les zones agricoles de la région tropicale humide en Australie, les précipitations annuelles sont élevées, autour de 3000 mm, et les saisons humides et sèches sont clairement définies. La saison humide se caractérise par des précipitations de forte intensité et de longue durée, suivie par une saison sèche définie par de faibles précipitations sporadiques. Les questions fondamentales de cette thèse sont les suivantes: dans un paysage agricole tropical humide, les nitrates contenus par les eaux souterraines, sont-ils éliminés lors de leur passage dans une zone boisée riveraine avant d’être transportés vers le ruisseau ? Observe- t-on des différences temporelles et spatiales des flux de N2O émis par les sols de la forêt riveraine ?Cette étude se focalise sur une zone riveraine boisée, d’une largeur de 150 m, située au milieu des champs de canne à sucre, sur la plaine côtière adjacente à la lagune de la Grande Barrière de corail (inscrite au patrimoine mondial), localisée dans la région tropicale humide d'Australie.Pour acquérir une compréhension du mouvement des eaux souterraines sur le site riverain, l'hydrologie de la zone a été caractérisée par des mesures de la teneur en eau du sol et par la profondeur de la nappe phréatique (13 piézomètres). Durant la saison humide, le système était très dynamique, avec de grandes fluctuations des niveaux de la nappe phréatique et, à long terme, l’inondation des zones basses. Les rapides hausses de la nappe phréatique ont été attribuées à une recharge in situ élevée, au faible volume d’air contenu dans les pores (zone non saturée), au piégeage de l'air et à la recharge occasionnelle de la crique. Les baisses rapides de la nappe phréatique ont été attribuées aux importantes différences de hauteur au sein de la zone riveraine, différences dues, partiellement, à la topographie vallonnée du site. La saison sèche a été caractérisée par un système lent, avec une profondeur de nappe phréatique pouvant atteindre 4 mètres dans certains endroits. Les eaux souterraines arrivant dans la zone riveraine contenaient de faibles concentrations de nitrates (moyenne <0.03 mg NO3- N L-1 durant les deux saisons). Cependant, les concentrations ont augmenté (jusqu'à 50 fois) lors de la progression des eaux souterraines à travers la zone riveraine, suggérant que la zone riveraine était une source de nitrates pour le ruisseau adjacent. L'augmentation de nitrates a été attribuée à la nitrification ayant lieu dans les sols riverains de surface, processus favorisé par une importante productivité primaire nette, notamment de grandes quantités de litière (12.19 Mg ha-1 an-1). Par la suite, les nitrates générés par le sol riverain ont été lessivés dans les eaux souterraines par les précipitations, durant la saison humide. Ainsi, les nitrates dans les eaux souterraines proviennent de la nitrification et, potentiellement, du mélange avec des eaux souterraines profondes ayant des concentrations supérieures en nitrates. [...] / Riparian zones have been widely reported to function as effective buffers, removing nitrate (NO3-) from groundwater before it is discharged into adjacent streams. This is particularly important in agricultural catchments where additional nitrogen (N) from fertilisers may be leached into groundwater. On coastal plains, NO3- in groundwater discharged into streams can potentially enrich coastal waters. The permanent removal of NO3- through denitrification can improve water quality, however incomplete denitrification produces nitrous oxide (N2O), a greenhouse gas.Despite copious research in temperate regions, little study has been conducted on the capacity of riparian zones to remove NO3- from groundwater in the tropics. In agricultural areas of the Australian humid tropics, annual rainfall is high, around 3000 mm, and wet and dry seasons are clearly defined. Wet seasons are characterised by rainfall of high intensity and duration, followed by a dry season producing sporadic small amounts of rainfall. The overarching questions of this thesis are: in an agricultural landscape in the humid tropics, is NO3- in groundwater removed as it enters a forested riparian zone and is transported towards the stream? And, are there temporal and spatial differences in patterns of N2O emissions produced from the riparian forest?This research is focused on a forested riparian zone 150 m wide, located amongst sugarcane fields, on the coastal plain adjoining the World-Heritage listed Great Barrier Reef lagoon, in the Australian humid tropics. To gain an understanding of the movement of groundwater through the riparian site, the hydrology of the riparian zone was characterized using measurements of soil water content and water table depth (13 piezometers). In the wet season the system was highly dynamic with large fluctuations in water table levels and long-term inundation of low lying areas. Rapid water table rises were attributed to high in-situ recharge, low air-filled pore space (unsaturated zone), air entrapment and occasional recharge from the creek, and the rapid falls to the steep local hydraulic gradients. The dry season was characterised by a slow moving system with depth to watertable up to 4 m at high locations.Groundwater entering the riparian zone was found to have low concentrations of NO3- (mean <0.03 mg NO3-N L-1 over both seasons), however, concentrations increased (by up to 50 fold) as groundwater progressed through the riparian zone, suggesting the riparian zone was a potential source of NO3- to the adjacent creek. The addition of NO3- was attributed to nitrification in riparian surface soils, driven by large net primary productivity, including large amounts of litterfall (12.19 Mg ha-1 y-1). Nitrate generated in riparian soil was subsequently leached into groundwater in the wet season during rainfall events. Nitrate was also derived from nitrification in groundwater and, potentially, from the mixing of deeper groundwater of higher NO3- concentrations [...]

L'humidité du sol (SM) contrôle les bilans d’eau et d’énergie des surfaces continentales et joue ainsi un rôle clé dans les domaines de la météorologie, l'hydrologie et l'écologie. La communauté scientifique en télédétection micro-ondes a fait des efforts considérables pour établir des bases de données globales de l’humidité du sol en surface (SSM) découlant d'instruments micro-ondes actifs et passifs. Parmi ces instruments, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé en 2009, est le premier satellite passif conçu spécifiquement pour mesurer SSM à partir d’observations en bande L (1.4 GHz) à l'échelle globale. La validation des données SMOS SSM sur différentes régions climatiques et pour des conditions environnementales variées est une étape indispensable avant qu’elles soient utilisées de manière opérationnelle. En effet, une meilleure connaissance de la précision des estimations de SSM et des incertitudes associées permettra non seulement d'améliorer les produits SMOS SSM, mais aussi d'optimiser les approches de fusion de données utilisées pour créer des produits multi-capteurs long terme. De tels produits sont développés dans le cadre du programme Climate Change Initiative (CCI) de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour l’ensemble des variables climatiques essentielles (ECV), dont SSM. A la suite des chapitres d'introduction I à III, les résultats de cette thèse sont présentés en trois chapitres. Le chapitre IV présente une comparaison des produits SSM issus des capteurs passifs SMOS (bande L) et AMSR-E (bande C) en prenant pour référence les estimations SSM du système d'assimilation SM-DAS-2 du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT). Cette évaluation est menée sur la période d’observation commune à SMOS et AMSR-E (2010- 2011), en utilisant des indicateurs classiques (corrélation, RMSD, Biais). En parallèle, le chapitre V présente une comparaison des produits SMOS SSM avec les produits SSM issus du capteur actif ASCAT en bande C en utilisant comme référence les simulations SSM d’un modèle des surfaces continentales (MERRA-Land), et en utilisant des indicateurs classiques, des méthodes statistiques avancées (triple collocation), et des diagrammes de Hovmöller sur la période 2010-2012. Ces deux évaluations ont montré que la densité de la végétation (paramétrée ici par l’indice foliaire LAI) est un facteur clé pour interpréter la cohérence entre le produit SMOS et les produits AMSR-E et ASCAT. Cet effet de la végétation a été quantifié pour la première fois à l’échelle globale pour les trois capteurs micro-ondes. Ces deux chapitres ont également montré que les trois capteurs SMOS, AMSR-E et ASCAT ont des performances complémentaires selon la densité de végétation et qu’il y a ainsi un potentiel intéressant en terme de fusion des jeux de données micro-ondes passifs et actifs. Dans le chapitre VI, avec l’objectif général d’étendre vers le passé les séries de données SSM de SMOSL3 et de développer un jeu de données SSM homogène sur 2003-2014, nous avons évalué l’utilisation d’une approche de régression linéaire multiple appliquée aux mesures de températures de brillance de AMSR-E (2003 - 2011). Les coefficients de régression ont été calibrés avec les produits SSM issus de SMOS sur 2010-2011. Le produit SSM résultant, qui fusionne les observations SMOS et AMSR-E, a été évalué par comparaison avec un produit SSM AMSR-E et les produits SSM MERRA-Land sur 2007-2009. Ces résultats préliminaires montrent que la méthode de régression linéaire est une approche simple et robuste pour construire un produit SSM réaliste en termes de variations temporelles et de valeurs absolues. En conclusion, cette thèse a montré que le potentiel de synergie entre les systèmes micro-ondes passifs (AMSR-E et SMOS) et actifs (ASCAT) est très prometteur pour le développement et l'amélioration de longues séries temporelles SSM à l'échelle mondiale, telles que celles produites dans le cadre du programme CCI de l'ESA. / Soil moisture (SM) plays a key role in meteorology, hydrology, and ecology as it controls the evolution of various hydrological and energy balance processes. The community of scientists involved in the field of microwave remote sensing has made considerable efforts to build accurate estimates of surface SM (SSM), and global SSM datasets derived from active and passive microwave instruments have recently become available. Among them, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), launched in 2009, was the first ever passive satellite specifically designed to measure the SSM, at L-band (1.4 GHz), at the global scale. Validation of the SMOS SSM datasets over different climatic regions and environmental conditions is extremely important and a necessary step before they can be used. A better knowledge of the skill and uncertainties of the SSM retrievals will help not only to improve the individual products, but also to optimize the fusion schemes required to create long-term multi-sensor products, like the essential climate variable (ECV) SSM product generated within the European Space Agency’s (ESA's) Climate Change Initiative (CCI) program. After the introductory Chapters I to III, this dissertation consists of three main parts. Chap. IV of the dissertation evaluates the passive SMOS level 3 (SMOSL3) SSM products at L-band against the passive AMSR-E SSM at C-band by comparing them with a Land Data Assimilation System estimates (SM-DAS-2) produced by the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF). This was achieved over the common period 2010-2011 between SMOS and AMSR-E, using classical metrics (Correlation, RMSD, and Bias). In parallel, Chap. V of the dissertation evaluates the passive SMOSL3 products against the active ASCAT SSM at C-band by comparing them with land surface model simulations (MERRA-Land) using classical metrics, advanced statistical methods (triple collocation), and the Hovmöller diagram over the period 2010-2012. These two evaluations indicated that vegetation density (parameterized here by the leaf area index LAI) is a key factor to interpret the consistency between SMOS and the other remotely sensed products. This effect of the vegetation has been quantified for the first time at the global scale for the three microwave sensors. These two chapters also showed that both SMOS and ASCAT (AMSR-E) had complementary performances and, thus, have a potential for datasets fusion into long-term SSM records. In Chap. VI of the dissertation, with the general purpose to extend back the SMOSL3 SSM time series and to produce an homogeneous SM product over 2003-2014 based on SMOS and AMSR-E, we investigated the use of a multiple linear regression model based on bi-polarization (horizontal and vertical) brightness temperatures (TB) observations obtained from AMSR-E (2003 - 2011). The regression coefficients were calibrated using SMOSL3 SSM as a reference over the 2010-2011 period. The resulting merged SSM dataset was evaluated against an AMSR-E SSM retrievals and modelled SSM products (MERRA-Land) over 2007-2009. These first results show that the multi-linear regression method is a robust and simple approach to produce a realistic SSM product in terms of temporal variation and absolute values. In conclusion, this PhD showed that the potential synergy between the passive (AMSR-E and SMOS) and active (ASCAT) microwave systems at global scale is very promising for the development of improved, long-term SSM time series at global scale, such as those pursued by the ESA’s CCI program. It also provides new ideas on the way to merge the different SSM datasets with the aim of producing the CCI (phase 2) long-term series (a coherent "SMOS-AMSR-E" SSM time series for the period 2003 -2014), that will be evaluated further in the framework of on-going ESA projects.

La question de l'eau constitue à l'heure actuelle un enjeu majeur pour nos sociétés. Bien qu'il s'agisse d'une ressource renouvelable, son cycle naturel est soumis à de fortes pressions issues tant de l'activité humaine que des modifications climatiques.Le débit des fleuves constitue une des variables clefs du cycle de l'eau. Sa quantification implique des mesures in situ lourdes. De ce fait, son suivi à l'échelle globale reste problématique, et les techniques de télédétection peuvent représenter un atout majeur. Les techniques satellitaires optiques et radar ne peuvent actuellement que mesurer les variables de surface et n'accèdent pas aux paramètres de fond des cours d'eau. Ce travail propose une méthode d'estimation de ces paramètres hydrauliques de fond à partir des seules mesures des variables de surface, en vue de l'estimation du débit. Cette méthode a été validée sur des données simulées exactes et une étude de sensibilité au bruit de mesure a été menée sur des données simulées bruitées et sur des données réelles.Le second volet de ce travail porte sur le potentiel de l'interférométrie radar temporelle à mesurer la variable de vitesse de surface des fleuves. Une campagne de mesure aéroportée a été réalisée sur le Rhône (ONERA-Cemagref) et a montré des résultats concordants avec les mesures de vitesses réalisées in situ par ADCP. En revanche, le modèle de rétrodiffusion M4S, testé dans le cadre de cette thèse, est apparu peu adapté aux scènes fluviales : il s'avère extrêmement sensible aux conditions de vent, ce qui peut s'expliquer par une faiblesse dans la modélisation des caractéristiques des surfaces de fleuves. Dans le cadre du programme SWOT (NASA-CNES), nous avons développé une méthode de mesure in situ de la rugosité des surfaces fluviales. Validée lors de mesures en laboratoire, cette méthode a été mise en œuvre sur le Rhône, et a ainsi permis de caractériser la surface et l'influence de l'intensité du vent sur les paramètres de rugosité. / The water issue is currently a major challenge for our societies. Even if water is a renewable resource, its natural cycle supports great stresses, both human activity and climate change.River discharge is a key variable of the water cycle, whose quantification requires heavy field measurements. Therefore the global monitoring of river discharge remains problematic and satellite remote sensing techniques could be a major asset. Earth Observation radar techniques are currently limited to the measurement of surface variables and cannot measure river bottom hydraulic parameters. The current study proposes a method to estimate these parameters from surface variables, in order to estimate the river discharge. This method has been validated on exact simulated data and its robustness to measurement noise has been studied on noisy simulated data and on real data.The second part of this work explores the abilities of radar along-track interferometry to measure river surface velocity. Velocity measurements carried out on the Rhône river during an airborne campaign (ONERA-Cemagref) show a strong consistency with ADCP field measurements. M4S backscattering model, tested in the framework of this study, is poorly adapted to river scenes : it appears to be extremely sensitive to wind intensity which could be explained by a poor modeling of surface roughness. As part of the SWOT mission program (NASA-CNES) a method allowing in situ characterization of river surface roughness has been developed. It was validated under laboratory controlled conditions. It was implemented on the Rhône river to characterize water surface and quantify the influence of wind intensity on the water surface roughness parameters.

La carotte MD92-1002 prélevée dans le Golfe d’Aden (12°01’32 N- 44°19’02E -1327 m de profondeur) fournit un enregistrement paléoenvironnemental et paléoclimatique unique permettant de discuter l’évolution des milieux continentaux et océaniques depuis 20 000 ans BP. J’ai effectué l'analyse des palynomorphes continentaux (grains de pollen, spores, champignons, charbons et algues d'eau douces) et marins (kystes de dinoflagellés, œufs de copépodes) et j’ai combiné ces données à des paramètres géochimiques (δ¹⁸O, analyses élémentaires par Fluorescence X) et sédimentaires (taux de sédimentation, teneurs en carbone organique). Les grains de pollen révèlent des conditions régionales hyper-arides pendant la période glaciaire caractérisée par une végétation clairsemée d’origine Saharo-Sindienne. L'abondance des taxons steppiques associés aux microparticules de charbon suggère une activité éolienne élevée. Les marqueurs d’humidité augmentent dès 14 900 ans BP et atteignent leur maximum entre 9 000 et 7 500 ans BP, au moment où se développe une mangrove à Rhizophora dans le Golfe d’Aden reflétant des conditions tropicales avec une saison pluvieuse d’été. La chronologie des événements élaborée à partir des résultats polliniques et des enregistrements continentaux tels les témoins des lacs et marécages et les spéléothèmes de Socotra et d’Oman documente la progression vers le Nord et l’Ouest de la limite estivale de la Zone de Convergence Inter-Tropicale (ITCZ) au cours de la transition glaciaire-interglaciaire, au moment de la mise en place de la Période Humide Holocène (PHH). L'ITCZ est localisée au Sud de l'Ethiopie à 19 000 ans BP puis migre vers le Nord pour atteindre Socotra à 14 510 ans BP, Qunf à 10 400 ans BP et Hoti à 10 000 ans BP. Les mouvements de l'ITCZ vers l'Ouest sont documentés par le développement de la mangrove à Rhizophora à partir de 12 600 ans BP. La carotte MD 92-1002 permet également de documenter la fin de la PHH qui débute très tôt comparativement à ce qui est observé en Afrique nord tropicale, en deux étapes successivement datées de 7500 et 4000 BP. Les assemblages de dinoflagellés montrent que la période glaciaire est caractérisée par de faibles upwellings et des eaux profondes bien ventilées. La productivité primaire marine dans le Golfe d’Aden augmente à partir de 14 500 ans BP et atteint un maximum pendant la transition glaciaire/interglaciaire, entre 12 600 et 10 800 ans BP. Il survient ~ 3 000 ans avant le pic d’intensité des upwellings de la marge d’Oman associé au maximum des vents de la mousson du S-O. Cette singularité pourrait s’expliquer par les conditions très particulières du Golfe d’Aden qui est situé à l’intersection de deux systèmes de vents orthogonaux pendant l’été boréal (des vents du S-O à l’Est du golfe et des vents orientés du N-O en provenance de la Mer Rouge). La courbe de COT révèle une nette variabilité Glaciaire/Interglaciaire, largement découplée des variations des assemblages de dinoflagellés. Cela suggère que la teneur en matière organique est essentiellement contrôlée par la préservation sur le fond marin. / Core MD92-1002 retrieved from the Gulf of Aden (12°01’32 N- 44°19’02E -1327 m of water depth) provides a unique paleoenvironmental and paleoclimatic record to study the evolution of continental and marine environments since 20 ka. I performed palynological analyses (pollen grains, spores, fungi, charcoal, freshwater algae, dinoflagellate cysts, copepod eggs) and combined those data with geochemical (δ¹⁸O, X-Ray Fluorescence) and sedimentological parameters (e.g. sedimentation rates, Total Organic Carbon (TOC)). Pollen grains reveal regional hyper-arid conditions during the glacial period, characterized by sparse vegetation cover of Saharo-Sindian origin. The abundance of steppic taxa associated with charcoal fragments suggests strong wind activity. Humidity tracers increased from 14.9 ka and reached their maximum between 9 and 7.5 ka. This maximum is characterized by the development of the tropical mangrove Rhizophora in the Gulf of Aden, reflecting tropical conditions with summer monsoon rains. The timing of events deduced from palynological records and continental data such as lacustrine and palustrine deposits and speleothems from Socotra and Oman, reveals a northward and westward shift of the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) summer position at the onset of the Holocene Humid Period (HHP). The ITCZ was located in southern Ethiopia at 19 ka, then migrated northward to reach Socotra at 14.51 ka, Qunf at 10.4 ka and Hoti at 10 ka. Westward shift of ITCZ is suggested by the development of mangrove (Rhizophora) from 12.5 ka. Core MD 92-1002 reveals that HHP termination took place earlier than over tropical North Africa, in two main steps dated at 7.5 and 4 ka, respectively. Dinoflagellate cyst assemblages suggest that the glacial period was characterized by weakened upwellings and well-ventilated bottom water. Primary productivity in the Gulf of Aden increased from 14.5 ka and reached its maximum during the glacial/interglacial transition between 12.6 and 10.8 ka. It took place about ~ 3 ka earlier than the peak intensity of upwellings off the Oman margin, which is associated with the maximum of SW monsoonal winds. This singularity could be explained by the landlocked position of the gulf, at the junction between two orthogonal wind regimes during the boreal summer season (SW monsoon winds prevailing to the East of the Gulf, while NW winds blow along the main axis of the Red Sea to the west). TOC analysis reveals a Glacial-Interglacial variability that is largely decoupled from our reconstruction of surface productivity, suggesting that organic content is mainly controlled by preservation at the sea floor.

Le stock d’eau, ses variations temporelles et leurs répartitions spatiales, sont des grandes inconnues du cycle hydrologique d’Afrique de l’Ouest. Les trois principaux types de gravimètres actuels (un gravimètre relatif supraconducteur –SG–, un microgravimètre relatif –CG5–, et un gravimètre absolu –FG5–) ont été déployés sur un bassin versant élémentaire de l’observatoire AMMA-CATCH de l’Ouémé supérieur (Bénin), représentatif d’un milieu cultivé de la zone soudanienne. Conjointement, un important dispositif de suivi hydrologique (piézométrie, sonde à neutrons) a été mis en place, ainsi que des mesures de géophysique de proche surface (mesures électriques, électromagnétiques et résonance magnétique des protons –RMP–) pour la caractérisation des aquifères. Ces travaux font état des apports de la gravimétrie pour 1) la détermination de la porosité de drainage en zone de socle hétérogène, 2) le suivi des variations de stock d’eau intégrées à l’échelle d’appréhension des gravimètres (parcelle de 100m de côté) et 3) l’identification de processus hydrologiques liés à la redistribution interne au sein du bassin versant et à la genèse des écoulements. / Water storage, together with its temporal and spatial variations, are major unknowns of the West African hydrological cycle. The three main gravimeter types (a relative superconducting gravimeter –SG–, a relative microgravimeter –CG5–, and an absolute gravimeter –FG5–) have been set up on an elementary catchment of the Upper Ouémé (Benin) AMMA-CATCH observatory, considered as a typical cultivated environment of the Sudanian area. Hydrological monitoring (water table, neutron probe) and near surface geophysics (electrical, electromagnetic, magnetic resonance soundings –MRS–) have been developed jointly, for aquifer characterization. This work states on the inputs provided by gravimetry on 1) specific yield determination in heterogeneous basement area, 2) the monitoring of water storage changes at the gravity measurements scale (100m square plot) and 3) hydrological processes identification, linked to internal catchment redistribution and streamflow generation.

L’objectif de la thèse, réalisée dans le cadre du programme HYDRES (2014-2018), est de comprendre les différents modes d’alimentation en eaux des Marais de Saint-Gond, vaste zone humide de 2 500 hectares (Marne, Grand-Est), et d’identifier comment les écoulements se répartissent au sein du bassin-versant. Ces travaux permettront également de comprendre comment les Marais de Saint-Gond s’inscrivent au sein de l’interfluve Marne/Aube. Le croisement d’approches géomorphologiques (cartographie et profils de terrasses alluviales, profils des remplissages alluviaux…) et hydrologiques (analyses hydrologiques aux stations, mesures sérielles de débits et de paramètres physico-chimique, spatialisation des rendements hydrologiques…) met en valeur des conditions d’écoulement hétérogènes au sein de l’interfluve, paradoxalement homogène climatiquement et géologiquement. Une étude des remplissages associée à une étude paléo-environnementale permet quant à elle de retracer la géométrie des remplissages mais également l’évolution de la zone humide sur les 15 000 dernières années. Enfin, l’étude diachronique permet de comprendre l’évolution des Marais de Saint-Gond sur les 200 dernières années et de mettre en évidence les raisons pour lesquelles la superficie de la zone humide diminue au fil des années. / The purpose of the thesis, carried out under the HYDRES program (2014-2018) is to understand the different water supply modes of the Marais de Saint-Gond, a vast 2,500 hectare wetland (Marne, Grand-Est), and identify how flows are distributed within the watershed. This work will also make it possible to understand how the Marais de Saint-Gond fit into interfluve Marne/Aube. The crossing of geomorphological approaches (mapping and profiles of alluvial terraces, alluvial filling profiles…) and hydrological (hydrological analyses at stations, serial measurements of flow rates and physico-chemical parameters, spatialization of hydrological yields…) highlights heterogeneous flow conditions into interfluve Marne/Aube, paradoxically homogeneous climatically and geologically. A filling study combined with a paleo-environmental study allows us to trace not only the filling geometry but also the evolution of the wetland over the past 15,000 years. Finally, the diachronic study makes it possible to understand the evolution of the Marais de Saint-Gond over the last 200 years and to highlight the reasons why the area of the wetland decreases over the years.

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Selon le Rapport mondial des risques publié par l'Institut universitaire des Nations Unies pour l'environnement et la sécurité humaine, le Mexique a une vulnérabilité de 46% et un manque de capacité d'adaptation de 76% en termes de risques de catastrophe. Un de ceux est les risques d'inondation en cas de catastrophe qui pose un sérieux défi pour le développement et la vie des habitants du Mexique. Mexico est confronté à des problèmes d'inondation dans certaines zones à l'ONU certaines périodes de l'année, causant des pertes et des dommages importants sur les propriétés et les résidents dont certains blessés. En conséquence, il est important de procéder à une évaluation des risques d'inondation dans le bassin de Mexico et d'estimer les dommages des inondations probables. Cependant, les données limitées de débits observés et des profondeurs d'eau dans les principaux cours d'eau de la ville sont disponibles, et esta distributeur d'un obstacle à la compréhension des inondations dans la ville de Mexico. Pour la raison d'origine, plusieurs études doivent être effectuées intérêt dans le but d'avoir une compréhension claire disponibles du bassin versant, qui impliquent, études hydrauliques, météorologiques et hydrologiques, la répartition des précipitations, l'analyse des eaux de ruissellement, les risques d'inondation et de la vulnérabilité, et des études de esta permettent l'estimation de dommages directs et indirects à l'économie, aux actifs et à la vie humaine / According to the World Risk Report released by the United Nations University Institute for Environment and Human Security, Mexico has a vulnerability of 46% and a lack of coping capacity of 76% in terms of disaster risk. One of those disaster risks is flooding which poses a serious challenge to the development and the lives of the inhabitants of Mexico. Mexico City is facing problems of flooding in some areas at certain times of the year, causing important losses and damages on properties and residents including some casualties. Therefore, it is important to carry out a flood risk assessment in the catchment of Mexico City and estimate damages of probable flood events. However, limited data of observed discharges and water depths in the main rivers of the city are available, and this represents an obstacle for the understanding of flooding in Mexico City. For these reason, several studies have to be carried out in order to have a clear understanding of the catchment, which involve, meteorological and hydrological/hidraulic studies, rainfall distribution, runoff analysis, flood risk and vulnerability, and this studies allow the estimation of direct and indirect damages to the economy, to assets and to human life. The premise of this study is that with the limited data and resources available, the catchment can be represented to an acceptable degree by the construction of a deterministic hydrological model of the Mexico City basin. The objective of the developed tool is to provide an efficient support to management of the flood processes by predicting the behavior of the catchment for different rainfall events and flood scenarios

Die Ereignisanalyse 2013 ist nach den Auswertungen der Hochwasser von 2002 und 2010/11 der dritte ausführliche Bericht über ein Extremhochwasser in Sachsen. Ursache des Hochwassers im Juni 2013 in Sachsen waren die starken Niederschläge in Verbindung mit einer außerordentlich hohen Bodenfeuchte. Besonders betroffen waren neben dem Elbestrom das Einzugsgebiet der Mulde und der Weißen Elster. In der Zwickauer Mulde wurden dabei zum Teil Wasserstände erreicht, die die Werte des Augusthochwassers 2002 übertrafen. In weiten Teilen des Einzugsgebietes der Weißen Elster kam es zu einer extremen und so in den bisherigen hydrologischen Beobachtungen seit 1954 nicht mehr aufgetretenen Hochwassersituation. Der Bericht beinhaltet eine umfassende Analyse des Hochwasserereignisses. Es werden die meteorologischen und hydrologischen Prozesse sowie die aufgetretenen Schadensprozesse und die Schadensbilanz dargestellt. Markante Ereignisse werden in Fallbeispielen detailliert beschrieben. Ein wichtiger Bestandteil der Ereignisanalyse sind die Auswertungen des Ereignismanagements, der sozialen Netzwerke und des Hochwassernachrichtendienstes.