Le 23 octobre 2000, la Directive Cadre sur l'Eau est adoptée par le Parlement Européen et établit un cadre pour une politique globale de la ressource en eau. Elle fixe comme principal objectif l'atteinte du " bon état écologique " des milieux aquatiques à l'horizon 2015 et s'appuie pour son évaluation sur deux critères : les qualités physico-chimique et écologique. L'aspect hydromorphologique est distingué comme soutenant la qualité écologique. Cette qualité hydromorphologique repose elle-même sur trois paramètres : le régime hydrologique, les conditions morphologiques et la continuité (faunistique et sédimentaire) des cours d'eau. À travers ce dernier point, la DCE vient de consacrer l'effacement des ouvrages transversaux. Si les " désordres " physiques et écologiques engendrés par les ouvrages en travers sont appréhendés, trop peu d'études se sont, pour l'heure, penchées sur les impacts de leur suppression. La recherche propose de rappeler de manière exhaustive les impacts des ouvrages transversaux sur les hydrosystèmes et de présenter les quelques études abordant les impacts inhérents à leur suppression. Puis, l'objectif est de caractériser et de quantifier précisément les conséquences hydrogéomorphologiques des effacements au niveau du lit et des berges de l'Yerres, rivière fortement anthropisée. On développe une méthodologie analysant l'évolution des composantes de la dynamique fluviale en contexte décloisonné. Nos résultats ont permis de mettre en évidence : 1) un abaissement systématique du niveau limnimétrique, 2) une contraction variable du chenal, 3) une augmentation des puissances spécifiques et de la capacité de transport de la rivière proportionnelle au degré de décloisonnement. Les valeurs de puissance spécifique dépassent localement le seuil de 35 W/m², laissant entrevoir des possibilités de réajustements morphologiques ; 4) une réactivation des processus érosifs affectant les berges pour des débits de crue inférieurs même au débit de pleins bords. Finalement on montre que ces réajustements hydromorphologiques sont effectifs sur l'Yerres aval et permettent localement un retour vers un état de référence ante-cloisonnement. Cependant les possibilités de restauration restent limitées par diverses contraintes qui s'imposent à cet hydrosystème anthropisé (risque de déconnexion de zones humides et de chenaux secondaires, déstabilisation du bâti riverain éventuellement patrimonial, impacts sur les usages), que les gestionnaires doivent nécessairement prendre en compte.

La conservation des zones humides fortement modifiées par les pratiques anthropiques, nécessite l’acquisition de données scientifiques sur leur diversité et leur fonctionnement. Cette thèse vise à relier l’anthropisation des zones humides à la diversité génétique, niveau de base de la biodiversité lié à la capacité adaptative des populations et au maintien des espèces. L’effet de l’anthropisation sur la diversité génétique de végétaux aquatiques est étudié à plusieurs échelles d’espaces (zone humide et bassin versant) et de temps (études synchroniques et diachroniques). La diversité génétique de populations de deux espèces rudérales (Berula erecta et Apium nodiflorum) et une compétitive (Nuphar lutea) est comparée dans deux plaines alluviales contrastées (trophie, connectivité hydrologique et restauration), à l’aide de marqueurs microsatellites adaptés à l’étude d’espèces clonales. La diminution de la connectivité hydrologique augmente la différenciation génétique et diminue la diversité génétique pour les espèces rudérales étudiées alors qu’elle n’a pas d’effet sur l’espèce compétitive. L’impact de la connectivité est donc dépendant de la stratégie de reproduction. La diversité génétique des espèces rudérales diminue également dans les zones humides plus eutrophes. L’augmentation de la diversité génétique post-restauration chez B. erecta est corrélée à la fréquence des perturbations (assecs) qui créent des niches favorisant le recrutement des graines. Cette étude propose des préconisations de gestion pour les zones humides et apporte des connaissances sur la dynamique de la diversité génétique des plantes aquatiques en lien avec leur environnement / The conservation of wetlands which are strongly modified by human practices, requires the acquisition of knowledge about their diversity and functioning. This thesis aimed to link the human pressures and plant genetic diversity in wetlands, which is the basic level of biodiversity linked to the adaptive capacity of populations and species maintenance. The effect of anthropization on the genetic diversity of aquatic plants is studied at several spatial and temporal scales (wetland and watershed; synchronic vs. diachronic studies). The genetic diversity of populations of two ruderal (Berula erecta and Apium nodiflorum) and one competitive species (Nuphar lutea) in two contrasting floodplains (in terms of trophic status, hydrological connectivity and restoration) is compared using microsatellite markers suitable for the study of clonal species. A reduction in hydrological connectivity increases genetic differentiation and decreases genetic diversity for ruderal species studied, while it did not affect the competitive species. The impact of connectivity is related to plant reproductive strategy. The genetic diversity of ruderal species also decreases in most eutrophic wetlands. The increase of genetic diversity of B. erecta after restoration is correlated with the frequency of disturbances (dewatering) that create niches for seed recruitment. This study provides management recommendations for the impacted wetlands and provides knowledge about the dynamics of the genetic diversity of aquatic plants in relation to their environment

Depuis quelques années le recours à l'enneigement artificiel est de plus en plus courant dans les stations de ski des Alpes mais également dans les autres massifs français et étrangers. Cependant la production de neige nécessite l'utilisation d'un volume d'eau important, souvent pompé dans les réserves d'eau potable, les rivières, les nappes phréatiques ou encore dans les réserves collinaires. Or l'enneigement n'est pas le seul usage de l'eau dans les stations de sports d'hiver, et ce nouveau besoin concerne la saison hivernale lors des étiages des cours d'eau et des besoins pour les diverses activités. Depuis quelques années, cette technique fait l'objet de nombreuses controverses au sein de la communauté scientifique, politique et des populations locales, car les volumes d'eau pompés sont particulièrement importants. Notre recherche s'appuie sur des enquêtes auprès des acteurs impliqués, des observations de terrain et des mesures, à différentes échelles de travail. Deux modèles de production de neige sont confrontés : Avoriaz (France) et Champéry (Suisse). Les impacts des usages sur le fonctionnement hydrologique du bassin versant de la Dranse de Sous-Saix, sur le domaine d'Avoriaz, sont aujourd'hui limités et dans les deux stations la ressource est actuellement suffisante pour satisfaire tous les besoins. A ce jour les situations de pénuries d'eau et de conflits autour de la ressource sont rares, et sont dues à des problèmes de gestion. Un ensemble de propositions inspirées d'initiatives locales pour une meilleure gestion de la production de neige et des usages de l'eau a été proposé.

La Loire, souvent qualifiée de " dernier fleuve sauvage d'Europe ", a été aménagée dès l'Antiquité. A la différence de nombreux grands fleuves, elle n'a que peu bénéficiée de recherches en écologie. La végétation alluviale constitue un excellent intégrateur des conditions physiques, biologiques et anthropiques de l'hydrosystème. La caractérisation des communautés végétales a été réalisée grâce aux méthodes phytosociologiques, complétées par une quantification des paramètres abiotiques structurant le fonctionnement de l'hydrosystème (hydrologie, flux énergétiques, caractères édaphiques). L'étude des successions dans les forêts alluviales a fait l'objet d'une approche structurale. Ces investigations ont été menées sur sept sites répartis sur 500 km du cours moyen de la Loire. Les analyses statistiques ont permis de confirmer les corrélations qui existaient entre les conditions stationnelles et la flore associée ; elles ont également permis de mettre en évidence et de hiérarchiser les facteurs abiotiques qui structuraient le mieux la distribution spatiale des communautés végétales. Ainsi, l'inondabilité, la texture du substrat et le positionnement par rapport aux flux énergétiques sont d'excellents paramètres intégrateurs. Les connaissances acquises permettent d'établir une typologie écologique et phytosociologique complète de la végétation, ainsi que l'élaboration de schémas d'organisation et d'évolution des communautés végétales dans le temps. Pour les forêts alluviales, la méthode architecturale a démontré son efficience sur la Loire dans la compréhension des processus sylvigénétiques. Enfin, la confrontation de ces résultats autorise la mise en place d'un modèle prédictif d'évolution de la végétation. Ce modèle permettra de tester différents scénarios de gestion ou d'aménagement de l'hydrosystème dans un souci de conservation dynamique de la biodiversité.

Dans le contexte des nouvelles exigences en termes de qualité des eaux du surface, les modèles hydro-écologiques s'avèrent être des outils indispensables pour compléter notre compréhension du fonctionnement du milieu ou prévoir l'impact sur la qualité de l'eau de nouvelles mesures. L'objectif de cette recherche est de tirer parti de l'outil de modélisation ProSe, et de le faire évaluer afin de compléter la compréhension du fonctionnement biogéochimique de la Seine. Dans une première étape, différents processus biogéochimiques sont implémentés, calibrés et validés indépendamment, grâce à des jeux de données disponibles sur un linéaire de 220 km (de Paris jusqu'à l'estuaire), à différents pas de temps, pour la période 2007-2012. Ces améliorations sont réalisées grâce à l'utilisation directe de résultats expérimentaux, à l'extrapolation de résultats de couplage entre expériences de laboratoire et modélisation biogéochimique, ou encore grâce à l'analyse de mesures haute fréquence in-situ. Le modèle ProSe est ensuite utilisé pour établir un bilan du fonctionnement biogéochimique de la Seine dans cette zone fortement anthropisée. L'effet des processus pélagiques et benthiques sur les différents cycles biogéochimiques (carbone, azote, phosphore) est quantifié, pour différentes conditions hydrologiques, en amont et en aval de la plus grosse station d'épuration de l'agglomération parisienne, qui traite les effluents de plus de 5 millions équivalent habitants. La précision spatio-temporelle du modèle est ensuite utilisée pour évaluer l'effet de la fréquence d'échantillonnage sur l'estimation des critères de qualité de l'eau au sens de la Directive Cadre sur l'Eau. Les résultats soulignent l'importance d'une représentation précise des processus physiques (hydrodynamique et processus hydro-sédimentaires) dans les modèles de qualité de l'eau pour parvenir à une simulation fiable des flux biogéochimiques dans le milieu et des échanges entre compartiment benthique et colonne d'eau. Ce travail illustre enfin toute l'utilité des modèles hydro-écologiques pour venir en appui au suivi du milieu dans le cadre des objectifs actuels d'amélioration de la qualité des milieux aquatiques. / Hydro-ecological models are essential to complete our knowledge of the functioning of aquatic systems. They can moreover be used to forecast the impact of new management strategies on the future water quality. The aim of this thesis is to use the hydro-ecological ProSe model to improve our understanding of the biogeochemical functioning of the Seine River downstream the Paris urban area. Simulated biogeochemical processes are first implemented, calibrated, and validated independently for the 2007-2012 period. For each one of these processes, appropriate methodologies are used. These methodologies include the direct use of experimentally obtained parameters, the upscaling of results from coupled laboratory experiments and stand-alone biogeochemical modelling, or the analysis of high frequency in-situ measurements. Different datasets, which are available at various time steps, allow the validation of these processes along the whole 220 km simulated stretch (from Paris to the entrance of the Seine River estuary). Once validated, the ProSe model is then used to assess the biogeochemical functioning of the Seine River along this highly anthropized stretch. The impact of pelagic and benthic processes on the different biogeochemical cycles (carbon, nitrogen, and phosphorus) is quantified for different hydrological conditions, up- and downstream the major waste water treatment plant of the Paris urban area, which treats the effluents of over 5 million population equivalent. The model is then used to assess the effect of the monitoring frequency on the estimation of the water quality as defined by the European Water Framework Directive. The results highlight the importance of a detailed representation of physical processes in hydro-ecological models for a reliable simulation of in-river biogeochemical fluxes and of exchanges at the sediment-water interface. Having in mind the present targets of the improvement of the quality of water bodies, this work illustrates the importance of hydro-ecological modelling as an essential complement to water quality monitoring strategies.

Classiquement étudié par différentes disciplines scientifiques, le domaine de l'eau est au cœur des préoccupations environnementales contemporaines. En Europe, l'évaluation et le suivi de l'état écologique des "masses d'eau" sont désormais exigés par la législation communautaire, la directive cadre sur l'eau (DCE - 2000/60/CE) fixant des objectifs pour leur préservation ou leur restauration le cas échéant. Dans ce contexte, des expériences d'utilisation de l'imagerie satellitaire en appui au suivi écologique des eaux se sont succédées en Europe, notamment pour les masses d'eau côtières et pour les grands lacs. Malgré cela, la précision spatiale de l'imagerie utilisée pour ce type de suivi ne permet pas l'observation fine de secteurs littoraux très proches de la côte ou de lacs avec une surface réduite (par ex. inférieure à 5 km²). Pour ces espaces aquatiques particuliers, pourtant très nombreux, l'utilisation de la télédétection satellitaire est moins sollicitée. Cette recherche doctorale a été réalisée sur une zone littorale réunissant plusieurs de ces espaces aquatiques peu investigués par la télédétection satellitaire. Situé à la frontière orientale de l'Europe et à distance égale du pôle nord et de la ligne de l'équateur, le delta du Danube, en tant qu'espace naturel remarquable, bénéficie de différents statuts de protection (réserve de biosphère, site RAMSAR, patrimoine mondial naturel de l'UNESCO). Ceux-ci s'expliquent en grande partie par la forte diversité d'espaces aquatiques aussi bien sur la plaine deltaïque que sur la zone côtière adjacente (bras de fleuve, chenaux, lacs, baies, golfes, marais, îles-barrières). Ce continuum hétérogène, constituant l'hydrosystème du delta du Danube, et son prolongement en mer côtière, sont l'objet principal de ce doctorat. La notion d'échelle occupe une place centrale dans notre démarche d'analyse puisque l'on est à l'intersection de deux grands systèmes (le bassin versant du Danube et la mer Noire) dont les étendues sont de deux ordres de grandeurs plus vastes que celle du delta ; la dimension temporelle est aussi fondamentale dans la mesure où les processus de morphogénèse et de remaniement (naturels et anthropiques) se font fortement ressentir et se traduisent par une mobilité importante des formes de relief ainsi que des éléments de l'hydrographie deltaïque. Au delà des évolutions sur le moyen et long terme, la variabilité spatio-temporelle contemporaine des eaux au pas de temps intra-annuel (saisonnier et intra-saisonnier), jusque-là peu étudiée, a également été appréhendée dans cette thèse. Par son côté exploratoire, la mise en place d'une chaîne de traitements d'images satellitaires adaptée à l'étude des eaux deltaïques représente, en soi, l'objectif méthodologique principal de ce doctorat. Dans cette voie, différents lots d'images ont été mobilisés : en fonction des fluctuations du niveau d'eau du Danube, nous avons retenu la période 2006-2009, étudiée à travers un total de 85 images satellitaires, dont 52 à moyenne résolution spatiale (MERIS) et 33 à haute résolution spatiale (ALOS AVNIR-2, SPOT HRVIR, Landsat TM et ETM+) ; à ce premier lot s'ajoute une soixantaine de prises de vue "historiques" couvrant la période comprise entre 1972 et 2005 (capteurs de la série Landsat MSS, TM et ETM+), ainsi que, pour la période plus récente, cinq images Landsat TM de 2010 et 2011. Trois procédés distincts mais complémentaires ont été mis en œuvre pour traiter cet ensemble hétérogène d'images. L'analyse intégrée des résultats obtenus avec des données hydrologiques et météo-océanographiques nous a permis d'apporter des nouveaux éléments de compréhension sur le fonctionnement actuel et passé du delta du Danube. / The Danube River and its contributors cross nineteen European countries before reaching the West coast of the Black Sea. In the context of the Black Sea drainage basin, the Danube River is the most important source of liquid and solid discharges. The fluvial-marine contact zone is quite large because Danube splits up itself into multiple distributaries across a wide deltaic plain (4,142 km²) shared among Romania and Ukraine. Vast areas of compact reedbeds usually surround the three hundred freshwater lakes of the delta. Many of these shallow lakes are connected to channels or canals providing turbid water from the Danube, while others depend on flood events to be supplied by the turbid waters coming from the river. Important seasonal growth of floating and submerged macrophytes also occurs in the majority of the lakes. Thus, Danube Delta presents a complex hydrosystem which has been greatly modified since the first navigation works in the nineteenth century. Since the beginning of the nineties, the Danube Delta became a Biosphere Reserve (MAB-UNESCO), a RAMSAR site and was included on the list of the World Natural Heritage (UNESCO). Analyzing spatial patterns in complex environments, like Danube Delta and its coastal zone, requires non traditional approaches. Remote sensing multi-sensor techniques offer reliable advantages to observe and understand intricate processes operating on different space-time scales and especially in large areas with difficult and sometimes restricted access (e.g. Biosphere Reserve core areas). The main methodological objective of this thesis was to create a procedure for processing heterogeneous optical satellite images. By studying the Danube Delta area (hydrosystems principally) through different space-time scales, we worked with several types of high and moderate spatial resolution images. Based on Danube water levels, we analyzed 85 satellite images from the period 2006-2009 (52 medium resolution images - MERIS and 33 high resolution images - ALOS AVNIR-2, SPOT HVIR, Landsat TM / ETM+). This main satellite data set was completed with more than sixty "historical" images (1972-2005) acquired with the Landsat sensors (MSS, TM and ETM+). Three distinct, but complementary, approaches were used to process the satellite images. The integrated analysis of the satellite results with hydrological and meteo-oceanographical data series enabled us to bring new elements of explanation about the past and present dynamics of Danube Delta.