En Afrique Sub-Saharienne, les problématiques de contamination de la ressource en eau par les pesticides et les résidus pharmaceutiques commencent à être mises en évidence. La problématique de la thèse porte sur la caractérisation de l’impact des activités humaines sur la qualité de la ressource en eau, par l’étude de la contamination par les pesticides et les résidus pharmaceutiques. Le site d’étude choisi est le bassin versant de la Méfou, qui draine la capitale du Cameroun, Yaoundé. Dans un premier temps, le site est caractérisé par ses spécificités environnementales (relief, occupation des sols) et sociodémographiques afin d’identifier les pressions anthropiques. Les pratiques d’agriculture urbaine, et en particulier le maraîchage intensif dans les bas-fonds entraîneraient l’utilisation massive de pesticides. L’absence d’assainissement efficace et les multiples latrines, drains et fosses septiques constitunt autant de sources diffuses de contamination par les résidus de médicaments. En prenant le cas des pesticides, une méthode cartographique a permis de confirmer l’hypothèse selon laquelle les parcelles agricoles pourraient être identifiées comme des sources de pollution diffuses de pesticides via le ruissellement. La méthode multicritère SIRIS-Pesticides de l’INERIS (Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques) appliquée sur deux scénarios de pratiques agricoles indique un potentiel transfert des pesticides ciblés vers les eaux de surface. Afin de conforter ces hypothèses, deux diagnostics de pollution ont été réalisés entre 2015 et 2018 en saisons pluvieuses, couplant des méthodes d’échantillonnages ponctuels et passifs. Une liste de 32 pesticides et de 24 résidus pharmaceutiques a été recherchée dans les eaux de surface et les eaux souterraines du bassin de la Méfou. Les résultats généraux indiquent (i) de fortes concentrations en herbicides et en anti-inflammatoires non stéroïdiens ainsi que la détection et la quantification d’une large gamme de composés recherchés, (ii) une contamination bien plus marquée en milieu urbain qu’en milieu péri-urbain, (iii) un risque environnemental à ces concentrations pour deux herbicides (diuron et atrazine) et (iv) la contamination de certains points d’eau souterraine (forages, puits, sources) par les résidus pharmaceutiques. Une enquête sociologique réalisée autour des points d’eau de prélèvement a permis d’identifier les enjeux liés à l’utilisation de cette ressource en eau. La contamination des eaux souterraines pourrait entraîner une exposition potentielle des populations aux résidus pharmaceutiques présents dans leur eau de boisson. Les résultats principaux constituent donc une base d’information sur les pressions anthropiques, les niveaux de contamination et les enjeux liés à l’eau à Yaoundé. Ils soulèvent des questionnements sur (i) les transferts des pesticides et des résidus médicamenteux dans l’hydrosystème de la Méfou, et (ii) à propos de l’exposition et des risques sanitaires potentiels posés par leur occurrence et leurs niveaux de contamination dans la ressource en eau. / Demographic growth and urbanization create pressure on water resources. Among urban contaminants, pesticides and pharmaceuticals can be discharged into the aquatic environment through agricultural activities and untreated waste waters. Their presence is also reported in global water bodies. Measured contamination levels can have ecotoxicological effects on aquatic organisms as well as on human populations. In Sub-Saharan Africa, these problems are beginning to be highlighted. Local agricultural practices and consumption of pharmaceuticals lead to specific concerns.The aim of this thesis is to identify and characterize the impacts of human activity on the quality of the water resource in urban Sub-Saharan Africa, by analyzing pesticide and pharmaceutical contamination. The study area was the Méfou watershed that drains the political capital of Cameroon, Yaoundé (Center Region).First, the study area was characterized by its environmental (reliefs, land use) and socio-demographic specificities to identify anthropogenic pressures. Urban agricultural practices and in particular the intensive market gardening in the humid lowlands involves the use of massive amounts of pesticides. The absence of a sewage system and the numerous pit-latrines, drains and septic tanks are the sources of diffuse pharmaceutical contamination.Using the example of pesticides, a contaminated runoff mapping method based on susceptibility maps (from the IRIP method) confirmed that some treated plots located in situations that favor runoff were sources of diffuse pesticide contamination. Several areas in the study basin can accumulate this polluted runoff. Next, the multi-criteria SIRIS-Pesticides method from INERIS was applied based on two agricultural scenarios constructed with data sources from the literature. Results pointed to the potential transfer of pesticides from crops to both surface and groundwater.To reinforce these hypotheses, two water quality surveys were conducted in the rainy season between 2015 and 2018, combining grab and passive sampling. Thirty-two pesticides and twenty-four pharmaceuticals were searched for in surface and groundwater in the Méfou watershed. The main results indicate that (i) high concentrations of herbicides and analgesics were detected and quantified in the water samples along with a wide range of targeted compounds; (ii) the contamination pattern showed that the urban area is more polluted than the peri-urban area of Yaoundé; (iii) the measured concentrations pose an environmental risk, in particular the herbicides atrazine and diuron; and (iv) some groundwater sampling points used for drinking water were contaminated by the targeted pharmaceuticals.A social survey conducted in March 2018 around the sampling points identified the risks related to water use. The lack of a sewage system and the discharge of untreated waste water into the immediate surroundings facilitate contamination of the sampling sites. As groundwater is used as an alternative to the tap water network in Yaoundé, the population is also exposed to the risk of pharmaceutically contaminated drinking water.The main results provide baseline information about anthropogenic pressures, contamination levels and related issues in Yaoundé. They raise questions about (i) the transfer of contaminants in the Méfou hydrosystem and (ii) population exposure and potential health risks due to their presence and to the levels of contamination of the water resources.

Cette thèse s'inscrit dans un projet de science participative financée par l'Union Européenne (AWARE). Le but du projet est de mettre en relation des scientifiques, des citoyens et des gestionnaires afin d'améliorer la qualité des eaux côtières européennes à travers trois cas d'études. Notre cas d'étude est constitué des eaux côtières de la mer du Nord et des trois bassins versants qui les alimentent, la Seine, la Somme et l'Escaut. Tout au long de ce manuscrit, nous nous attacherons à décrire et comprendre la cascade de nutriments le long du continuum aquatique terre - mer. L'exposé suit une logique amont - aval. Dans un premier temps, nous exposerons la qualité actuelle des hydrosystèmes continentaux et marins au regard de leur évolution passée. Cette reconstitution historique porte sur les trois derniers siècles sur le bassin bien documenté de la Zenne, affluent de l'Escaut traversant Bruxelles et concerne une reconstruction de la qualité de l'eau au cours des s 27 dernières années pour l'ensemble des trois bassins. Dans un deuxième temps, nous explorons le rôle de la topographie et des zones ripariennes sur le cycle de l'azote, d'abord à l'échelle du bassin de l'Orgeval (sous bassin de la Seine), puis à celle de la Seine dans son intégralité. Une troisième partie s'attache à étudier les effets des secteurs stagnants du réseau hydrographique sur les flux d'azote, de phosphore et de silice. Cette étude combine une approche rétrospective, par un travail sur les cartes anciennes, et prospective, par une proposition de scénario de réintroduction d'étangs au sein du chevelu de rivières du bassin de la Seine. Dans un quatrième temps, nous présentons le rôle que jouent les estuaires de l'Escaut et de la Seine sur les flux de nutriments avant leur arrivée en zone côtière. Enfin, une conclusion générale expose les principaux enseignements que nous avons tirés de l'étude de la cascade des nutriments et propose une hiérarchisation de l'efficacité des mesures (préventives ou curatives) qui peuvent être prises pour améliorer la qualité des hydrosystèmes continentaux et marins.

Les premières expériences de restauration écologique ont donné lieu à une importante réflexion scientifique mobilisant sciences de la nature et sciences sociales. Il est désormais bien admis que de tels projets doivent prendre en compte les attentes sociales. Une double interrogation demeure. Quelles sont les perceptions environnementales, et quelles attentes sociales en résultent ? Comment produire de telles connaissances pour qu'elles soient compatibles avec une démarche interdisciplinaire et avec une utilisation opérationnelle pour les projets de restauration ? Pour répondre, cette thèse s'est fixée trois types d'objectifs. 1/ fondamental : approfondir les connaissances des perceptions environnementales ; 2/ opérationnel : apporter des éléments de connaissances concrets et des outils pour favoriser la définition d'objectifs de restauration produisant des bénéfices écologiques et sociaux ; 3/ méthodologique : définir des démarches favorisant la collaboration interdisciplinaire entre les sciences de la nature et les sciences sociales. Le paysage, à l'interface entre les sociétés et l'environnement, est ici considéré comme un concept médiateur, propice à l'étude des perceptions sociales de l'environnement. Un intérêt particulier a été porté à l'esthétique paysagère, jugée opérationnelle pour rallier la société aux enjeux écologiques. Cette thèse porte sur les hydrosystèmes et sur les zones humides fluviales et s'appuie sur une étude de cas : l'analyse des perceptions, propres à différents groupes d'acteurs, des paysages de bras morts bordant le fleuve Rhône et la rivière d'Ain. Quatre enquêtes (entretiens et photo-questionnaires) ont contribué aux objectifs de cette thèse.

En milieu naturel, évaluer l’effet des contaminants sur les organismes aquatiques s’avère difficile dû aux nombreux facteurs (température, oxygénation, prédation, parasitisme, …) agissant sur les organismes. Le but de ces travaux de thèse était alors de tester la possibilité de détecter et hiérarchiser les effets de divers facteurs naturels et anthropiques sur des individus prélevés in situ. Le modèle d’étude utilisé était l’anguille Européenne (Anguilla anguilla) et Américaine (Anguilla rostrata). Pour appréhender les effets in situ des polluants, nous avons tenté d’identifier des gènes pour lesquels le niveau de transcription était spécifiquement corrélé à un polluant ou un facteur naturel mesuré sur le terrain au moyen de deux outils transcriptomiques : le séquençage haut débit et la puce à ADN. Les profils transcriptomiques obtenus à partir des foies d’anguilles directement prélevées sur le terrain ont été comparés dans un deuxième temps, à ceux obtenus à partir d’individus exposés au laboratoire à divers facteurs naturels et anthropiques de façon séparée. La comparaison de ces profils a montré une différence notable des réponses des individus exposés en laboratoire et ceux prélevés in situ, soulevant un effet non négligeable du stress induit par la captivité en mésocosme. La réalisation d’une étude similaire en utilisant la nageoire caudale comme méthode non invasive s’est révélée pertinente dans la capacité de cet organe à discriminer les différentes conditions expérimentales et de terrain. L’utilisation de la puce sur des gonades d’anguilles européennes maturées artificiellement a indiqué que la pollution pourrait affecter les capacités de reproduction des futurs géniteurs et contribuer alors au déclin massif de cette espèce observé depuis les dernières décennies. / In the natural environment, assessing the impact of contaminants on aquatic organisms remains difficult due to many factors (temperature, oxygenation, predation, parasitism, ...) acting on organisms. The purpose of this thesis was then to test the ability to detect and prioritize the effects of various natural and anthropogenic factors on individuals sampled in the natural environment. The models used were the European (Anguilla anguilla) and American (Anguilla rostrata) eels. To understand the effects of pollutants in situ, weat tempted to identify genes for which the transcription level was correlated to a specific pollutant or a natural factor measured in the field with two transcriptomic tools: high through put sequencing and DNA microarray. Transcriptomic profiles obtained from livers of eels taken directly from the field were compared in a second phase to those obtained from individuals exposed in the laboratory to various natural and anthropogenic factors separately. Comparison of these profiles showed a significant difference in responses of individuals exposed in the laboratory and those collected in the field, showing a significant effect induced by captivity mesocosm stress. Conducting a similar study using the tail fin as a non-invasive method was relevant for the ability of this tissue to discriminate different experimental and field conditions. Finally, the use of the microarray on the gonads of artificially matured European eels indicated that the pollution could affect the reproductive capabilities of futures pawners and contribute to massive decline of this species observed in last decades.

Géographe hydro-climatologue, mes recherches en sciences de l'environnement traitent des interactions entre l'eau, le climat et la société. Les applications portent sur un espace sous-continental de l'Europe de l'Ouest soumis à un climat océanique à dégradation continentale et drainé par deux fleuves constituant des axes de circulation et d'échanges transnationaux majeurs : le Rhin et la Meuse. Ce document présente un aperçu de mes recherches au cours des dix dernières années. Trois thèmes ont charpenté mon activité de recherche pendant cette décennie : i) Le changement climatique contemporain d'échelle régionale ; ii) La caractérisation et la gestion des impacts hydrologiques en contexte climatique non stationnaire et en avenir incertain ; iii) La géographie physique du flux de précipitations et de l'écoulement de rivière dans une optique de régionalisation des composantes du cycle hydrologique. Le premier thème est certainement celui qui a le plus retenu mon attention en raison de la forte demande sociétale qu'il a suscité au cours de ma période d'activité. Avec le recul, je pense que ces trois thèmes de recherche sont liés par un concept transversal : celui du changement qui se manifeste à toutes les échelles d'espace et de temps. L'eau et le climat se situent dans un environnement progressivement transformé par l'Homme et participent eux-mêmes à ce changement affectant les sociétés humaines par leur dynamique intrinsèque et leur stochasticité. Il y a là une dualité qui suppose d'adopter une approche socio-environnementale et intégrative des hydrosystèmes pour comprendre leur dynamique et mieux maîtriser leur gestion, renforcer leur résilience et leur faculté d'adaptation au changement. Cette dualité suppose " d'installer " une chaîne d'analyse et de modélisation contrainte par le diagnostic des modèles (climatiques et hydrologiques) et l'interaction " terrain-modèle ". Seule une telle démarche expérimentale permet de poser des limites opérationnelles face aux enjeux sociétaux suscités par les changements affectant le fonctionnement des hydrosystèmes et leur réponse face aux perturbations climatiques. La première partie de ce mémoire a pour objectif de définir les objets de recherche. Ainsi, le changement climatique est-il défini comme une intégration dans le temps des transitions préférentielles de l'atmosphère vers un régime de temps particulier. Les fondements de son étude se décline autour des mots-clés suivants : détection, attribution, modélisation et prospective. La régionalisation pour sa part est définie comme une science géographique qui, partant de l'observation et d'un effort de théorisation, cherche à identifier des similitudes de comportement, des combinatoires de variables permettant de prévoir ou prédéterminer, à partir ou non de l'information géographique, une information hydrologique ou climatologique là où elle n'existe pas ou que partiellement. Pour ces deux objets de recherche, l'enjeu socio-environnemental est considérable : il s'agit fondamentalement d'améliorer la connaissance des opportunités et des contraintes qui émanent des évolutions de l'environnement dans lequel l'Homme s'insère. L'objectif est de contribuer à faire de lui un meilleur gestionnaire, un meilleur gardien de cet environnement dont il est un acteur majeur pour qu'il adopte, de plus en plus, un comportement de " sentinelle ", i.e. proactif et réactif face au changement. Mon effort de recherche s'est déployé à différents niveaux scalaires mais toujours aux échelles spatiales qui sont directement en prise avec les impacts sociétaux du changement climatique. Les espaces sont de dimension variable (de quelques km² à quelques dizaines de milliers de km²) et leurs contours ont surtout été dictés par l'ancrage géographique des projets de recherche et la disponibilité de jeux de données cohérents. En outre, mon effort de recherche s'est nourri de données collectées par des réseaux de mesure d'envergure régionale. Par conséquent, les échelles temporelles investiguées ne vont pas au-delà de l'échelle séculaire. Les pas de temps des chroniques que j'ai traitées s'étendent de l'horaire à l'annuel. La seconde partie problématise les objets de recherche tout en fixant les échelles spatiales et temporelles auxquels ils sont traités. Les questionnements posés par mes objets de recherche sont nombreux et variés : comment crédibiliser les observations climatiques ? Comment concevoir les futurs du climat ? Comment les appliquer au fonctionnement hydrologique actuel des bassins-versants ? Quelles en sont les sources d'incertitude ? Comment évaluer le modèle d'impact hydrologique et comment le choisir ? Comment prendre en compte la variabilité spatiale des précipitations et de l'écoulement pour construire un modèle régional ? Comment s'organise cette variabilité ? Peut-on la modéliser, la prévoir, et à quelles échelles d'espace et de temps ? Quels sont les descripteurs physiques qui rendent compte de cette variabilité ? Pour répondre à ces questionnements scientifiques, il m'a fallu recourir à un arsenal de méthodes quantitatives décrites dans la troisième partie du document. Ces méthodes relèvent pour l'essentiel de l'analyse de données, de la statistique multivariée, de la statistique décisionnelle et de l'analyse spatiale. Les innovations résident principalement dans le développement des méthodes simples et fiables de détection du changement régional ou encore de cartographie automatique d'une variable d'intérêt à échelle fine. La quatrième partie est consacrée aux résultats produits tout au long de mon itinéraire de recherche. La synthèse n'est pas exhaustive. Les résultats saillants se rapportent à la caractérisation du réchauffement climatique contemporain (amplitude et localisation) au sein de l'espace rhéno-mosan, à la modulation spatiale du signal de changement pluviométrique hivernal, à l'évolution future du climat et des débits dans les bassins de la Sûre et de la Meuse ou encore à la valorisation des mesures hydrométriques patrimoniales pour l'interpolation du débit des rivières. Enfin, le document s'achève avec la présentation de quelques perspectives de recherches qui se projettent sur mon horizon scientifique, à plus ou moins brève échéance. La question de l'analyse spatiale des flux hydrologiques et celle de la résilience climatique des hydrosystèmes s'inscrivent au cœur de ces perspectives.

Les rapports entre sociétés et rivières sont marqués par des bouleversements environnementaux qui interrogent les modalités, plus ou moins institutionnalisées et systématisées, de la production de connaissances et de la définition de pratiques légitimes. Récemment, ces interpellations se sont affirmées et cristallisées autour de l’approche et des concepts portés par l’hydromorphologie. La plus grande considération de ce cadrage théorique au sein de modes de penser et d’agir engendre de nombreux remaniements. En découle notamment, la remise en question d’une gestion des cours d’eau basée sur leur maîtrise et leur stabilisation, au profit d’une approche privilégiant l’expression de la dynamique fluviale. Cette thèse propose un examen de la dynamique qui a permis d’ériger l’hydromorphologie en une préoccupation formalisée et prépondérante. Puis, elle s’attache à montrer, comment l’hydromorphologie traduit les évolutions des rapports entre sociétés et rivières au travers de trajectoires conjointes marquées par des pratiques, des matérialités et des adaptations réciproques. Elle entend également mettre en avant comment cette nouvelle configuration théorique et pratique perturbe, tout au moins à l’heure actuelle, ce qui paraissait légitime et rationnel, et nécessite une recomposition des valeurs et des intentionnalités que les communautés riveraines manifestent à l’égard des cours d’eau. Cette thèse rend finalement compte de la manière dont l’action publique et ses instruments s’adaptent et s’inventent au regard d’une plus grande prise en compte de l’hydromorphologie afin de tendre vers ce à quoi celle-ci invite : redéfinir les modalités d’une existence conjointe entre rivières et sociétés riveraines. / The relationship between societies and rivers is marked by environmental changes that question the modalities, more or less institutionalized and systematized over time, used to generate knowledge and to define legitimate practices. Recently, these questions have emerged and crystallized around the approach and concepts supported by hydromorphology. The greater consideration of this theoretical framework within ways of thinking and acting leads to many changes. In particular it follows that river management based on the control and stabilization of rivers is challenged in favour of an approach based on the expression of the river dynamics. This thesis proposes, first, a review of the processes which helped made it into a formal and decisive issue. Then the thesis aims to show through how hydromorphology represents and reflects the changes in the relationship between people and rivers through joint trajectories marked by practices, materiality and reciprocal adaptation throughout unique timescales and spatiality. It also intends to highlight, through an analysis of the representations of hydromorphological functioning of the river, how this new theoretical and practical configuration disturbs, at least currently, what seemed legitimate and rational until this day, and requires a restructuring of values and intentionality that riparian communities display in respect of watercourses. Finally, this thesis accounts for how public policy and its instruments are faced with new expectations, both cognitively and operationally, how they adapt and reinvent themselves in the light of a greater consideration of hydromorphology towards what it calls for: redefining the terms of a joint existence between the rivers and riparian societies.

La France compte de nombreux étangs (environ 251 000), construits le plus souvent par l’aménagement d’un barrage sur un cours d’eau de tête de bassin, dans des fonds de vallées argileux, pour la production de poissons. La Lorraine est une région riche en étangs et ces derniers sont le plus souvent localisés sur des cours d’eau temporaires dans des bassins versants agricoles et/ou forestiers. Ces cours d’eau ont un fonctionnement écologique basé sur l’intégration, par les réseaux trophiques détritiques, des ressources organiques allochtones. Or, les étangs constituent des zones lentiques biogènes : la matière organique (MO) autochtone (constituée entre autres par le plancton, les macrophytes, les fèces produits par le biote) peut modifier les équilibres – souvent fragiles – de ces écosystèmes aquatiques de tête de bassin. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’influence des étangs de barrage sur le recyclage et l’intégration de la MO allochtone et autochtone par les réseaux trophiques basaux aquatiques des cours d’eau de tête de bassin. Premièrement, ce travail a porté sur l’étude de la décomposition des litières (et des communautés associées) en amont et en aval d’étangs localisés sur des bassins soit agricoles, soit forestiers. Nos résultats mettent en exergue l’intérêt de la prise en compte de l’occupation du sol sur le bassin versant pour appréhender au mieux l’effet des étangs sur les processus de décomposition des litières. Nous montrons ainsi que l’étang de barrage entraîne une diminution de la vitesse de décomposition des litières, en lien notamment avec une diminution de la biomasse fongique, uniquement dans les cours d’eau en milieu agricole. Sur les cours d’eau forestiers, ce sont essentiellement les communautés de macroinvertébrés qui semblent influencées, et de manière plus marquée qu’en milieu agricole, avec une diminution des taxons les plus sensibles aux pollutions organiques. Puis, nous avons cherché à préciser les processus de décomposition des litières dans les cours d’eau temporaires de tête de bassin versant entravés ou non par un étang. Notre choix s’est porté sur les cours d’eau en milieu forestier afin de limiter les effets confondants liés à d’autres perturbations humaines. Dans ces conditions, nos résultats montrent que la présence d’un étang tend à augmenter la vitesse de décomposition des litières. Cela serait dû à un meilleur conditionnement des litières et également à une modification des communautés de déchiqueteurs en aval de l’étang. En revanche, l’effet de l’étang sur l’intégration des ressources allochtones par les réseaux trophiques détritiques nécessite la prise en compte des conditions hydrologiques se présentant à l’aval du barrage. Il s’agit là d’un résultat original révélant que l’impact de l’étang est plus marqué sur les communautés de déchiqueteurs et sur leur action de dégradation des litières lorsque le cours d’eau passe en régime permanent à l’aval de l’étang. Enfin, nous nous sommes intéressés à la modification des niches trophiques à partir de l’étude des signatures isotopiques des communautés de macro-invertébrés de cours d’eau entravés ou non par un étang. Nos résultats montrent que l’étang influence majoritairement les signatures isotopiques des biofilms et des matières en suspension. En lien avec cette observation, nous remarquons que les niches isotopiques des différentes guildes trophiques de macro-invertébrés sont modifiées à l’aval de l’étang. Ce résultat souligne ainsi que l’ensemble des guildes trophiques ici étudiées consomment et intègrent les ressources autochtones produites au sein même de l’étang. Pour résumer, ce travail a mis en évidence les interactions complexes entre étang et cours d’eau de tête de bassin. Il souligne de fait la nécessité de prendre en compte l’occupation du sol sur les bassins versant et le régime hydrologique du cours d’eau pour conclure sur l’effet de l’étang sur le fonctionnement écologique des cours d’eau de tête de bassin. / In France there are more than 250,000 ponds. Most often, they are dam reservoirs constructed on headwater streams in clay valleys for fish production and thus named fishponds. In Lorraine region, most of the numerous fishponds are located on temporary streams (i.e. periodically dry during summer time) in agricultural and/or forested catchments. These streams have an ecological functioning based on the integration of allochthonous organic matter (OM) resources by the basal detrital food webs. Yet, fishponds constitute biogenic lentic systems that favor autochthonous OM production (e.g. plankton, macrophytes, faeces). Consequently, fishponds could disrupt the fragile balances in these headwater stream ecosystems. The goal of my thesis was to study the effect of fishpond on the recycling and the integration of allochthonous and autochthonous OM by the aquatic food webs within headwater streams. First, we studied the litter decomposition (and the associated communities) between upstream and downstream fishponds located in agricultural or forested catchments. Our results indicate the needs to take into account the catchment land uses to grasp the fishpond effect on litter decomposition. We found that in agricultural catchments fishponds lead to a decrease of the litter breakdown rate in association with a fungal biomass decrease. In forested catchments, the macro-invertebrate assemblages are more affected than in agricultural catchments, showing a decrease of the most sensitive taxa to organic pollution. Secondly, we focused on litter processes in temporary headwater streams hampered or not by a fishpond. To this end, we worked on forest streams to exclude confounding anthropogenic effects. In this environment our results indicate that the presence of a fishpond tends to increase litter breakdown rate. It can be related with a better litter conditioning and to the shredder assemblage’s modification downstream from the fishpond. Furthermore, fishpond effect on the integration of allochthonous resources by food webs was found to be highly dependent on hydrological conditions downstream from the fishpond. This original result highlights that the impact of the fishpond seems to be greater on the shredder assemblages and on their litter breakdown activities when the stream show important hydrological modifications (i.e. become permanent downstream from the fishpond). Finally, in order to analyze the modification of trophic niches, we studied benthic macroinvertebrate isotopic signatures in streams hampered or not by a fishpond. Our results indicate that fishpond mainly influenced the isotopic signatures of biofilms and suspended OM. In line with this result, isotopic niches of the different macroinvertebrate trophic guilds are also modified downstream from the pond. Consequently we may suggest that all the studied trophic guilds consume and integrate autochthonous resources produced into the fishpond. In summary, our work highlights complex interactions between fishpond and headwater streams and underlines the needs to take into account the catchment land use and the stream hydrology before concluding on the fishpond effect on stream functioning.

Le Rhin a subi d’importantes modifications qui ont altéré la biodiversité de l’ensemble de la plaine alluviale. Des actions de restauration ont été initiées pour lui redonner une part de son fonctionnement hydromorphologique naturel. Le travail de thèse a consisté à évaluer les effets de ces restaurations et à mettre en évidence les processus mis en jeu dans les changements de la biocénose des milieux restaurés. Les résultats ont démontré que les communautés biologiques sont non seulement gouvernées par les modifications physiques post-restauration mais aussi par l’influence discrète de déterminants externes à la restauration tels que les invasions biologiques ou la dynamique interne du fleuve. L’aspect transitoire des bénéfices obtenus a été souligné comme la principale limite de l’injection sédimentaire alors que les épis transversaux artificiels mis en place dans le cadre d’un essai d’érosion maitrisée se sont révélés être les facteurs de durabilité des effets écologiques. / The Rhine River has undergone major engineering works that led to severe alterations which helped to alter the biodiversity of the entire floodplain. Restoration actions have been initiated to give it back a part of its natural hydro morphological functioning. The thesis consisted in evaluating the effects of these restorations and in highlighting the mechanisms and processes involved in biocoenosis changes of the restored environments. The results also showed that the post-restoration biological community is not only defined by post-restoration physical changes but also by the discrete influence of external determinants of restoration such as biological invasions or the internal dynamics of the river. The transitional aspect of the benefits incurred has been identified as the main limit of the gravel augmentation, while the implementation of transverse artificial groynes in the controlled bank erosion has proved to be factors of sustainability of the ecological effects.

L'ensemble des travaux présentés ici est centré sur la modélisation des hydrosystèmes continentaux comme support de la gestion durable de la ressource en eau. Ils portent sur la compréhension du cycle de l'eau, du fonctionnement des interfaces nappe-rivière, et de l'impact de l'anthropisation sur la qualité des eaux (pratiques agricoles, rejets urbains). Une réflexion transverse sur une meilleure imbrication entre stratégies d'échantillonnage et stratégies de modélisation, et un souci permanent de quantifier les incertitudes liées aux modèles déterministes au moyen de diverses techniques, sont aussi au cœur des travaux présentés. Le premier chapitre s'intéresse aux bases de la modélisation quantitative des hydrosystèmes continentaux. L'utilisation de cartes piézométriques permet de mettre en œuvre des techniques de calibration automatique, via des approches inverses, de modèles simulant les écoulements souterrains. Ce potentiel a été exploité par la conceptualisation d'une méthodologie hybride d'ajustement de mmd (modèle mécaniste distribué) d'hydrosystème. La simulation du bassin de la Loire réalisée avec EauDyssée, couplée à l'utilisation du modèle linéaire de co-régionalisation pour analyser les différentes composantes du cycle de l'eau, mènent à la conclusion que le système aquifère est en légère sur-exploitation. Un retour sur le concept d'hydrosystème continental permet de le structurer explicitement autour de ses interfaces emboîtées. Ce cadre théorique permet alors d'aborder la problématique des échanges nappe-rivière en fonction des échelles d'étude, et d'identifier l'échelle intermédiaire du corridor fluvial comme étant la clé de voûte des emboîtements d'échelles. De plus, ce découpage affiné de l'hydrosystème facilite la réflexion nécessaire à la mise en place de systèmes d'observation multi-échelle du comportement hydrologique des interfaces nappe-rivière. Si les échelles locales et intermédiaires autorisent le déploiement de tels systèmes, une analyse bibliographique approfondie montre qu'il n'en va pas de même de l'échelle régionale, pour laquelle des méthodologies couplant observations et modélisations doivent être développées. Il est alors montré que l'utilisation du modèle résistif couplé à une simulation dynamique des niveaux d'eau en rivière permet de bien simuler les comportements piézométriques à court et moyen termes. Le dernier chapitre démarre par la mise en œuvre du modèle hydrocologique, ProSe, sur le linéaire de la Seine depuis l'amont de Paris jusqu'à l'estuaire. L'étude de l'interaction entre les processus biogéochimiques et les processus hydro-sédimentaires révèle l'importance de ces derniers. L'impact des stocks de vase sur l'oxygénation des eaux de surface est aussi significatif pour les rivières aval. Le rôle joué par les interfaces devient primordial dans les têtes de bassin, où elles contrôlent la qualité de l'eau. Pour le bassin amont du Grand Morin, la modélisation du devenir des nitrates d'origine agricole, a permis de montrer que l'azote était éliminé, dans sa grande majorité, au niveau des interfaces nappe-rivière. Finalement, afin de mieux comprendre le devenir des nitrates dans les grandes rivières, la comparaison de deux cadres cognitifs (interprétation des observations et représentations des processus) a été menée à l'aide du modèle linéaire de co-régionalisation. Appliquée à la Seine, cette approche a permis d'analyser les écarts, entre modèles et mesures, associés soit à des erreurs de forçage du modèle déterministe (conditions aux limites), soit à des erreurs de formalisme des processus physiques ou/et de paramétrisation du modèle.